KR20170053577A - Improved method of material deposition - Google Patents

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Abstract

A charged particle processing method and apparatus comprise the formation of a protective layer made of at least two kinds of materials. The two kinds of materials can be mixed together or can be deposited as an individual layer formulated and arranged according to the material properties of a sample. Accordingly, the present invention can prevent a surface artifact and a tilt change.

Description

개선된 물질 증착 방법{IMPROVED METHOD OF MATERIAL DEPOSITION}[0001] IMPROVED METHOD OF MATERIAL DEPOSITION [0002]

본 발명은 하전 입자 빔 유도 증착, 및 보다 특히 FIB 및 SEM 빔 화학을 위한 전구체 가스 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to charged particle beam-induced deposition, and more particularly to precursor gas compositions for FIB and SEM beam chemistry.

선행기술에서, 전형적으로 집속 이온 빔 (FIB) 기기에서 수행되는 이온 빔 유도 증착 (IBID), 및 통상적으로 주사 전자 현미경 (SEM) 기기에서 수행되는 전자 빔 유도 증착 (EBID)을 통해 물질을 샘플 상에 증착시키는 것이 공지되어 있다. 공지된 방법에 따르면, 샘플은 하전 입자 빔 장치 - 전형적으로 FIB 시스템 또는 SEM 시스템의 이동가능한 시료 챔버에 위치된다. 상기 하전 입자 (또는 다른) 빔은 증착 가스 (이는 종종 전구체 가스로서 지칭됨)의 존재 하에 상기 샘플 표면에 가해진다. 상기 전구체 가스 층은 상기 샘플의 표면에 흡착된다. 상기 층의 두께는 상기 샘플 표면 상의 상기 가스 분자의 흡착 및 탈착의 균형에 좌우되며, 결국 이는, 예를 들어 부분 가스 압력, 기판 온도 및 점착 계수(sticking coefficient)에 좌우된다. 생성 층의 두께는 용도에 따라 달라질 수 있다.In the prior art, materials are typically deposited on a sample surface through ion beam induced deposition (IBID), typically performed in a focused ion beam (FIB) instrument, and electron beam induced deposition (EBID), typically performed in a scanning electron microscope Is known. According to known methods, the sample is placed in a mobile particle chamber of a charged particle beam device - typically a FIB system or a SEM system. The charged particle (or other) beam is applied to the sample surface in the presence of a deposition gas (often referred to as a precursor gas). The precursor gas layer is adsorbed on the surface of the sample. The thickness of the layer depends on the balance of adsorption and desorption of the gas molecules on the sample surface, which ultimately depends on, for example, the partial gas pressure, the substrate temperature and the sticking coefficient. The thickness of the resulting layer may vary depending on the application.

물질 증착은 용도에 따라 다양한 상이한 가스 전구체를 사용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 텅스텐 헥사카보닐 (W(CO)6) 가스를 사용하여 텅스텐을 증착시킬 수 있고, 나프탈렌 가스를 사용하여 탄소를 증착시킬 수 있다. TEOS, TMCTS 또는 HMCHS 가스의 전구체 가스를 산화제, 예컨대 H2O 또는 O2와 함께 사용하여 산화규소 (SiOx)를 증착시킬 수 있다. 백금 (Pt)의 증착을 위해, (메틸시클로펜타디에닐) 트리메틸 백금 가스가 사용될 수 있다.Material deposition can be performed using a variety of different gas precursors depending on the application. For example, tungsten hexacarbonyl (W (CO) 6 ) gas can be used to deposit tungsten, and naphthalene gas can be used to deposit carbon. A precursor gas of TEOS, TMCTS or HMCHS gas may be used with an oxidizing agent such as H 2 O or O 2 to deposit silicon oxide (SiO x ). For the deposition of platinum (Pt), (methylcyclopentadienyl) trimethylplatinum gas may be used.

이러한 상이한 전구체로부터 얻은 물질 증착물은 상이한 특성을 갖는다. 예를 들어, (메틸시클로펜타디에닐) 트리메틸 백금 전구체를 사용하여 증착된 IBID Pt 물질은 "보다 연질"인 경향이 있다. 즉, 이러한 보다 연질인 물질은, 각각 나프탈렌 또는 W(CO)6을 사용하여 얻은 "보다 경질"인 IBID 탄소 또는 텅스텐 층보다 후속의 이온 빔 스퍼터링(sputtering)에 보다 민감성이다. TEOS, TMCTS 또는 HMCHS 가스의 전구체를 산화제, 예컨대 H2O 또는 O2와 함께 사용하는 산화규소 층은 보다 "중간" 경도인 경향이 있다. 물질의 상대적인 "경도" 또는 "연도"는 빔의 입사 각에 좌우된다. 일부 물질 쌍에서, "보다 경질"인 물질은 상이한 입사 각에서 보다 연질이 된다. 다른 상이함이 또한 존재한다. 예를 들어, 백금 필름이 FIB 단면 절취 (예컨대, TEM 제조 시 발생함) 전에 희생 캡으로서 사용되는 경우, 상기 필름의 연질 성질은 평활한 횡단 절취면을 유발하는 경향이 있다. 대조적으로, 탄소 필름은 매우 경질이며, "커트닝(curtaining)"으로서 공지되어 있는 상기 절취면 상의 아티팩트(artifact)를 생성하는 경향이 있다. 경도 특성에 더하여, 이러한 상이한 증착 전구체의 성장 속도 또한 다양한 용도에 중요한 인자일 수 있다.The material deposits obtained from these different precursors have different properties. For example, IBID Pt deposited using (methylcyclopentadienyl) trimethyl platinum precursor The material tends to be "softer". That is, these softer materials are more susceptible to subsequent ion beam sputtering than IBID carbon or tungsten layers, respectively, which are "harder" obtained using naphthalene or W (CO) 6 . The silicon oxide layer using precursors of TEOS, TMCTS or HMCHS gas with oxidizing agents such as H 2 O or O 2 tends to be more "medium" hardness. The relative "hardness" or "age" of the material depends on the angle of incidence of the beam. In some material pairs, a "harder" material becomes more flexible at different incidence angles. Other differences also exist. For example, when a platinum film is used as a sacrificial cap prior to FIB sectioning (e.g., occurring during TEM fabrication), the soft nature of the film tends to cause a smooth transverse cut surface. In contrast, carbon films are very rigid and tend to produce artifacts on the cut surface that are known as "curtaining ". In addition to the hardness characteristics, the rate of growth of these different deposition precursors may also be an important factor for various applications.

하기는 다양한 부류의 가스 전구체의 예이다. 예를 들어, 부류 C 식각액은 산소 (O2), 아산화질소 (N2O) 및 물을 포함할 수 있다. 금속 식각액은 아이오딘 (I2), 브로민 (Br2), 클로린 (Cl2), 제논 디플루오라이드 (XeF2) 및 이산화질소 (NO2)를 포함할 수 있다. 유전 식각액은 제논 디플루오라이드 (XeF2), 질소 트리플루오라이드 (NF3), 트리플루오로아세트아마이드 (TFA) 및 트리플루오로아세트산 (TFAA)을 포함할 수 있다. 금속 증착 전구체 가스는 (메틸시클로펜타디에닐) 트리메틸 백금, 테트라키스 (트리페닐포스핀) 백금 (0), (0) 텅스텐 헥사카보닐 (W(CO)6), 텅스텐 헥사플루오라이드 (WF6), 몰리브데넘 헥사카보닐 (Mo(CO)6), 디메틸 (아세틸아세토네이트) 금 (III), 테트라에틸오르토실리케이트 (TEOS), 및 물 (H2O)을 포함하는 테트라에틸오르토실리케이트 (TEOS)를 포함할 수 있다. 유전 증착 전구체는 테트라에틸오르토실리케이트 (TEOS), 물 (H2O)을 포함하는 테트라에틸오르토실리케이트 (TEOS), 헥사메틸시클로헥사실록산 ((HMCHS) + O2) 및 테트라메틸시클로테트라실록산 ((TMCTS) + O2)을 포함할 수 있다. 탄소 증착 전구체는 나프탈렌 및 도데칸 (C12H26)을 포함할 수 있고, 평면 층 제거제는 메틸니트로아세테이트를 포함할 수 있다. 이들이 이용가능한 가스 전구체의 다수의 예이지만, 다수의 다른 전구체도 존재하며, 사용가능하다.The following are examples of various classes of gas precursors. For example, the Class C etchant may include oxygen (O 2 ), nitrous oxide (N 2 O), and water. The metal etchant may include iodine (I 2 ), bromine (Br 2 ), chlorine (Cl 2 ), xenon difluoride (XeF 2 ) and nitrogen dioxide (NO 2 ). Dielectric etchant may comprise a xenon difluoride (XeF 2), nitrogen trifluoride (NF 3), acetic acid (TFAA) in acetamide (TFA) and trifluoroacetic acid trifluoroacetate. Metal deposition precursor gas (methylcyclopentadienyl) trimethyl platinum, tetrakis (triphenylphosphine) platinum (0), (0), tungsten hexa-carbonyl (W (CO) 6), tungsten hexafluoride (WF 6 ), molybdenum hexa-carbonyl (Mo (CO) 6), dimethyl (acetylacetonate) gold (III), tetraethylammonium tetraethylorthosilicate, including orthosilicate (TEOS), and water (H 2 O) ( TEOS). The dielectric deposition precursors include tetraethylorthosilicate (TEOS), including tetraethylorthosilicate (TEOS), water (H 2 O), hexamethylcyclohexasiloxane ((HMCHS) + O 2 ), and tetramethylcyclotetrasiloxane TMCTS) + O 2 ). The carbon deposition precursor may include naphthalene and dodecane (C 12 H 26 ), and the planar layer remover may include methyl nitroacetate. Although they are many examples of gas precursors available, a number of other precursors are also available and are usable.

빔 유도 증착은 물질을 반도체 웨이퍼와 같은 샘플의 표적 표면 상에 증착시키기 위한 매우 다양한 용도에 사용된다. 상기 물질은 다양한 이유로, 예컨대 얇은 필름 표면, 전기적 접속, 반도체 형태(feature) 특성화 및 분석용 보호 코팅, 및 고-종횡비 구조 (예컨대, 비아(via))를 밀링(milling)하기 위한 캡핑 물질을 형성하기 위해 증착된다. 그러나, 샘플 및 증착된 캡핑 물질의 경도 사이에 유의한 차이가 있는 경우, 제조되는 샘플의 목적하는 구조, 형태 및 표면 특성을 얻는 것이 어려울 수 있다. 예를 들어, 물질들의 상이한 스퍼터 속도는 물질들 사이의 접면에서의 경사 변화를 유발할 수 있기 때문에, 밀링된 구조의 형성 시 경사진 표면을 제어하는 것이 어려울 수 있다. 또한, 아티팩트는 형태 특성화 및 분석용 샘플을 제조하기 위한 단면 절취 공정 동안 FIB 밀링된 표면 상에서 발생할 수 있다.Beam induced deposition is used in a wide variety of applications to deposit materials on a target surface of a sample, such as a semiconductor wafer. The material can be used to form a capping material for milling a variety of reasons, for example, thin film surfaces, electrical connections, protective coatings for characterization and analysis of semiconductor features, and high-aspect ratio structures (e.g., vias) Lt; / RTI > However, if there is a significant difference between the hardness of the sample and the deposited capping material, it may be difficult to obtain the desired structure, form and surface properties of the sample to be produced. For example, it may be difficult to control a sloped surface in the formation of a milled structure, since different sputter rates of materials may cause an inclination change at the interface between the materials. In addition, artifacts can occur on FIB milled surfaces during a sectioning process to produce morphological characterization and analytical samples.

FIB 시스템을 사용하는 기술은 형태 특성화 및 분석용 초박막 샘플을 제조하기 위한 것으로 공지되어 있고, 여기서 밀링 공정 동안 도입되는 표면 아티팩트의 발생을 최소화하는 것이 중요하다.Techniques using FIB systems are known for making ultra thin film samples for shape characterization and analysis, where it is important to minimize the occurrence of surface artifacts introduced during the milling process.

반도체 기하학적 구조는 계속 수축하기 때문에, 제조업자는 제조 공정을 모니터링하고, 결함을 분석하고, 접면 층 모폴로지를 조사하기 위해 투과 전자 현미경 (TEM)에 점점 더 의존한다. 투과 전자 현미경은 관찰자가 나노미터 규모의 크기를 갖는 형태를 볼 수 있도록 한다. 물질의 표면만을 이미지화하는 주사 전자 현미경 (SEM)과 대조적으로, TEM은 또한 샘플의 내부 구조의 분석을 가능하게 한다. TEM에서, 넓은 빔이 샘플에 충돌하고, 상기 샘플을 통해 투과하는 전자가 검출되어 상기 샘플의 이미지를 형성한다. 주사형 투과 전자 현미경 (STEM)은 TEM 및 SEM의 원리를 합하고, 어느 기기 상에서도 수행될 수 있다. 상기 STEM 기술은 샘플을 횡단하는 전자의 매우 세밀하게 집속된 빔을 래스터(raster) 패턴으로 스캔한다. 상기 샘플은, 1차 빔에서의 다수의 전자가 상기 샘플을 통해 이동하고 반대 면에서 나가도록 하기에 충분히 얇아야 한다.Because semiconductor geometries continue to shrink, manufacturers increasingly rely on transmission electron microscopy (TEM) to monitor manufacturing processes, analyze defects, and investigate contact layer morphology. Transmission electron microscopy allows observers to view nanometer-scale sized features. In contrast to scanning electron microscopy (SEM), which only images the surface of the material, the TEM also enables the analysis of the internal structure of the sample. In the TEM, a broad beam impinges on the sample, and electrons passing through the sample are detected to form an image of the sample. The scanning transmission electron microscope (STEM) combines the principles of TEM and SEM and can be performed on any instrument. The STEM technique scans a very finely focused beam of electrons across the sample in a raster pattern. The sample should be thin enough so that a large number of electrons in the primary beam travel through the sample and exit from the opposite side.

샘플은 투과 전자 현미경 (TEM이든 STEM이든 관계없이)으로 관측하기 위해 매우 얇아야 하기 때문에, 상기 샘플의 제조는 까다롭고 시간이 많이 걸리는 일일 수 있다. 본원에 사용된 용어 "TEM"은 TEM 또는 STEM을 지칭하며, TEM을 위한 샘플의 제조에 대한 지칭은 STEM 상에서 관측하기 위한 샘플의 제조를 또한 포함하는 것으로 이해된다. 본원에 사용된 용어 "STEM" 또한 TEM 및 STEM 둘 모두를 지칭한다.Since the sample must be very thin to observe with a transmission electron microscope (whether TEM or STEM), the preparation of the sample can be difficult and time consuming. As used herein, the term "TEM" refers to TEM or STEM, and reference to the preparation of a sample for TEM is also understood to include preparation of a sample for observation on STEM. The term "STEM" as used herein also refers to both TEM and STEM.

TEM 또는 STEM으로 관측하기 위한 얇은 샘플을 제조하는 여러 방법이 존재한다. 일부 방법은 샘플이 추출되는 전체 물질을 파괴하지 않고 샘플을 추출하는 것을 수반한다. 다른 방법은 상기 샘플을 추출하기 위해 상기 물질을 파괴하는 것이 요구된다. 일부 방법은 라멜라(lamella)로서 지칭되는 얇은 샘플의 추출을 제공한다. 상기 라멜라는 TEM 또는 STEM 관측 전에 박막화가 요구될 수 있다.There are several ways to make thin samples for observation by TEM or STEM. Some methods entail extracting the sample without destroying the entire material from which it is extracted. Another method is required to destroy the material to extract the sample. Some methods provide for the extraction of thin samples referred to as lamella. The lamellar may require thinning prior to TEM or STEM observations.

TEM 관측용 라멜라 샘플은 전형적으로 100 nm 두께 미만이지만, 일부 용도의 경우 샘플은 상당히 더 얇아야 한다. 30 nm 이하의 설계 노드에서의 진보된 반도체 제조 공정의 경우, 상기 샘플은 소규모 구조들 사이의 중첩을 피하기 위해 20 nm 미만의 두께일 필요가 있다. 일부 용도, 예컨대 후속-노드 반도체 장치의 분석은, 특정한 관심 장치를 단리하기 위해 15nm 이하의 두께를 갖는 라멜라가 요구된다. 라멜라를 박막화하는 현재의 방법은 어렵고, 견고하지 못하다. 샘플에서의 두께 변형은 샘플 굽힘 또는 휨, 과다밀링, 또는 라멜라를 파괴할 수 있는 다른 치명적인 결함을 일으킨다. 이러한 얇은 샘플에 대해, 제조는 가장 작고 가장 중요한 구조의 구조적 특성화 및 분석의 품질을 중요하게 결정하는, TEM 분석에서의 중요한 단계이다.Lamina samples for TEM observations are typically less than 100 nm thick, but for some applications the sample should be considerably thinner. For advanced semiconductor fabrication processes at design nodes below 30 nm, the sample needs to be less than 20 nm thick to avoid overlap between small structures. Analysis of some applications, such as subsequent-node semiconductor devices, requires a lamella with a thickness of 15 nm or less to isolate a particular device of interest. The current method of thinning lamellas is difficult and not robust. Thickness variations in the sample can cause sample bending or bending, excessive milling, or other fatal defects that can destroy the lamella. For such thin samples, fabrication is an important step in TEM analysis, which determines the quality of the structural characterization and analysis of the smallest and most important structures.

샘플 상의 관심 영역을 이온 빔에 대한 노출로부터 보호하고, 굽힘 또는 휨을 방지하기 위해, 박막화 전에 목적하는 라멜라 위치 상에 증착되는 보호 층을 제공하는 것이 공지되어 있다. 도 1 내지 3에서 보여지는 바와 같은 하나의 통상적으로 사용되는 제조 기술에서, 물질, 예컨대 텅스텐, 탄소 또는 백금의 보호 층(22)가 먼저 전자 빔 또는 이온 빔 증착을 사용하여 도 1에 나타낸 바와 같이 샘플 몸체의 상단 표면(23) 상의 관심 영역 위에 증착된다. 그 다음, 도 2 및 3에 나타낸 바와 같이, 높은 빔 전류를 사용하는, 상응하게 큰 빔 크기를 갖는 집속 이온 빔을 사용하여 많은 양의 물질을 상기 관심 영역의 전방부 및 후방부로부터 밀링한다. 2개의 밀링된 영역(24 및 25) 사이에 남아있는 물질은 관심 영역을 포함하는 얇은 수직 샘플 구획(26)을 형성한다. 전형적으로, 상기 관심 영역은 상기 샘플 표면 아래 상단 200 내지 300 nm에 함유된다. 상기 관심 영역의 후면 상에 밀링된 상기 영역(25)는 상기 전방 영역(24)보다 더 작은 것으로 나타난다. 상기의 보다 작은 밀링된 영역(25)는 기본적으로 시간을 단축시키기 위한 것뿐만 아니라, 마무리된 샘플이 보다 큰 밀링된 영역(24)로 떨어져 상기 샘플 구획(26)을 상기 샘플 몸체로부터 제거하는 것을 어렵게 하는 것을 방지한다. 이어서, 샘플 구획(26)은 집속 이온 빔을 사용하여 상기 샘플 몸체로부터 절단된 다음, 널리 공지된 방식으로, 예를 들어 미세조작기를 사용하여 들어올려질 수 있다. 이어서, 상기 샘플 구획(26)은 전형적으로 TEM 그리드로 이송되고, 박막화된다. 이어서, 상기 샘플 구획(26)은 TEM 또는 다른 분석 도구를 사용하여 분석될 수 있다.It is known to provide a protective layer that is deposited on the desired lamella location prior to thinning to protect the area of interest on the sample from exposure to the ion beam and to prevent bending or warpage. In one commonly used fabrication technique as shown in Figures 1-3, a protective layer 22 of a material, e.g., tungsten, carbon, or platinum, is first deposited using electron beam or ion beam deposition, as shown in Figure 1 Is deposited over the region of interest on the top surface (23) of the sample body. Then, as shown in FIGS. 2 and 3, a large amount of material is milled from the front and rear portions of the region of interest using a focused ion beam having a correspondingly large beam size, using a high beam current. The remaining material between the two milled areas 24 and 25 forms a thin vertical sample compartment 26 comprising the area of interest. Typically, the region of interest is contained at 200-300 nm above the sample surface. The area 25 milled on the back surface of the area of interest is shown to be smaller than the front area 24. This smaller milled area 25 is basically intended not only to shorten the time but also to allow the finished sample to fall into the larger milled area 24 to remove the sample compartment 26 from the sample body Thereby preventing difficulties. The sample compartment 26 can then be cut from the sample body using a focused ion beam and then lifted in a well known manner, for example using a micro manipulator. The sample compartment 26 is then typically transferred to a TEM grid and thinned. The sample compartment 26 can then be analyzed using a TEM or other analytical tool.

초박막 (< 30 nm 두께) TEM 샘플의 제조 시 중대한 문제가 발생한다. 예를 들어, 상기 관심 영역 상의 백금 보호 층은 너무 연질이라, 종종 라멜라 박막화 동안 파괴되어, 라멜라 박막화가 완료되기 전에 상기 이온 빔 꼬리(tail)로부터의 주변 침식에 의해 완전히 소모된다. 보다 경질인 물질 층은 보다 연질인 물질보다 더 양호하게 침식에 견딜 수 있지만, 상기 라멜라의 횡단면 상에 목적하지 않은 아티팩트를 유발할 수 있다.Significant problems occur in the manufacture of ultra-thin (<30 nm thick) TEM samples. For example, the platinum protective layer on the region of interest is too soft, often broken during lamellar thinning, and is completely consumed by peripheral erosion from the ion beam tail before lamellar thinning is complete. A harder material layer can withstand erosion better than a softer material, but can cause undesirable artifacts on the cross-section of the lamella.

도 4 및 5는 초박막 샘플의 제조 시의 문제점의 예를 나타낸다. 도 4에서 보여지는 바와 같이, 라멜라 샘플(30)의 횡단면은 경질 다이아몬드 기판(34) 상에 증착된 연질 Pt 캡(32)를 포함하여 제조된 것으로 나타나 있다. 상기 라멜라(30)이 요구되는 두께 치수로의 박막화에 의해 제조되는 경우, 이러한 경도 미스매칭은 상기 보다 경질인 다이아몬드 기판(34)보다 더 빠른 상기 보다 연질인 Pt 캡(32)의 침식을 일으킨다. 이러한 조합은, 상기 기판(34)가 충분히 박막화되기 전에 상기 보호 캡(32)가 결국 완전히 소모될 것이기 때문에, 사용자가 상기 라멜라를 목적하는만큼 박막화하는 것을 방지할 것이다. 반대로, 도 5에서 보여지는 바와 같이, 라멜라 샘플(36)의 횡단면은 연질 구리 기판(40) 상에 위치된 경질 탄소 캡(38)을 포함하여 제조된 것으로 나타나 있다. 이러한 예에서, 상기 보다 연질인 기판(40)이 상기 보다 경질인 캡(38)보다 더 빠르게 소모되기 때문에 언더커팅(undercutting)(42)가 관찰될 수 있다. 이는 상기 라멜라의 조기 파괴뿐만 아니라 단면 절취 표면 아티팩트, 예컨대 "커트닝"을 유발할 수 있다.Figures 4 and 5 show examples of problems in the preparation of ultra-thin samples. As shown in FIG. 4, the cross-section of the lamellar sample 30 is shown as being fabricated with a soft Pt cap 32 deposited on a rigid diamond substrate 34. If the lamellar 30 is fabricated by thinning to the required thickness dimension, such hardness mismatch will cause erosion of the softer Pt cap 32, which is faster than the harder diamond substrate 34. This combination will prevent the user from thinning the lamella as desired because the protective cap 32 will eventually be completely consumed before the substrate 34 is sufficiently thinned. Conversely, as seen in FIG. 5, the cross-section of the lamella sample 36 is shown to be made with a hard carbon cap 38 positioned on the soft copper substrate 40. In this example, an undercutting 42 may be observed because the softer substrate 40 is consumed faster than the harder cap 38. This can lead to premature failure of the lamella as well as cross-cut surface artifacts such as "cutting ".

커트닝은 샘플의 표면이 리플(ripple)되거나 또는 비평탄하게 되도록 하는 아티팩트이다. 커트닝은 다양한 이유로 발생할 수 있다. 샘플이 상이한 스퍼터 속도를 갖는 상이한 물질로 이루어져 비-균질한 경우, 보다 경질인 물질은 횡단면으로부터 약간 돌출되는 저항 영역을 형성할 수 있다. 이러한 돌출부는 이들 아래 영역을 차폐하며, 이는 하향으로 전파되는 세로줄(vertical streaks)을 유발한다. 도 6은 커트닝을 나타내는 텅스텐 보호 층을 포함하는 규소 기판을 갖는 샘플(44)를 나타낸다. "커튼(curtain)"은 상기 텅스텐이 상기 규소 기판보다 더 경질이거나 또는 이온 빔으로부터의 스퍼터링에 보다 잘 견디기 때문에 발생한다. 이는 상기 기판의 횡단면으로부터 약간 돌출된 형태를 유발한다. 보다 경질의 돌출 텅스텐은 기본적으로 상기 텅스텐의 수직 돌출부는 남기며 이것 바로 아래의 상기 기판을 차폐한다. 별법으로, 일부 경질 캡핑 물질은 캡핑 물질 그 자체는 내부적으로 균질하더라도 이온 빔에 노출되는 경우 리플-유사 또는 직선의 패턴을 형성한다. 도 7은 커트닝을 나타내는 탄소 보호 층을 포함하는 규소 기판을 갖는 샘플(46)을 나타낸다. 횡단면 밀링이 수행되는 경우, 상기 탄소 층 물질은 점차적으로 고도로 텍스쳐화된 표면을 띤다. 따라서, 이러한 예에서 상기 탄소 층의 지형은 커트닝을 유발한다. 이러한 유형의 구조적 또는 밀도 변형을 갖는 샘플의 하향식 박막화는, 수직 리지 또는 변형이 샘플 상단 (상기 상단은 이온 빔 공급원에 가장 가까운 것으로서 정의됨) 근처의 보다 밀집 물질 (즉, 금속 라인)로부터 횡단면 아래로, 이온 빔 방향과 평행한 방향으로 유동하며 전파되도록 할 것이다. 커트닝은 대부분 종종 낮은 스퍼터링 수율을 갖는 물질의 다수의 패턴화된 층이 보다 빠른 스퍼터링 수율의 물질을 차단하는 반도체 물질에서 관찰된다. 커트닝은 또한 스퍼터링 수율에서의 변화가 밀링 입사 각에 따라 달라지는 상이한 지형의 영역을 나타내는 물질에서 관찰될 수 있다. 공극을 갖는 샘플 또한 커튼을 유도한다. 커트닝 아티팩트는 TEM 이미지화의 품질을 감소시키고, 최소의 유용한 시료 두께를 제한한다.Cutting is an artifact that causes the surface of the sample to ripple or become uneven. Cutting can occur for a variety of reasons. If the sample is made of different materials with different sputter rates and is non-homogeneous, the more rigid material may form a resistive area that protrudes slightly from the cross-section. These protrusions shield these lower regions, which cause vertical streaks that propagate downward. Figure 6 shows a sample 44 with a silicon substrate comprising a tungsten protective layer representing the cutting. A "curtain" occurs because the tungsten is harder than the silicon substrate or is more resistant to sputtering from the ion beam. This results in a slightly protruding shape from the cross-section of the substrate. The harder protruding tungsten essentially leaves the vertical protrusion of the tungsten and shields the substrate just below it. Alternatively, some hard capping material forms a ripple-like or straight line pattern when exposed to the ion beam, even though the capping material itself is internally homogeneous. FIG. 7 shows a sample 46 with a silicon substrate comprising a carbon protective layer showing the cutting. When cross-sectional milling is performed, the carbon layer material gradually assumes a highly textured surface. Thus, in this example, the topography of the carbon layer causes the cutting. A top-down thinning of a sample with this type of structural or dense deformation results in a vertical ridge or deformation of the sample from a more dense material (i.e., a metal line) near the sample top (where the top is defined as being closest to the ion beam source) So as to propagate in a direction parallel to the ion beam direction. Cutting is often observed in semiconductor materials, in which a large number of patterned layers of material often have a lower sputtering yield, blocking substances of higher sputtering yield. Cutting can also be observed in materials that exhibit areas of different topography where the change in sputtering yield depends on the milling angle of incidence. A sample with void also induces the curtain. Cutting artifacts reduce the quality of TEM imaging and limit the minimum useful sample thickness.

또 다른 유형의 아티팩트는 "골프 티(golf tee)"로서 지칭된다. 예를 들어, 전형적으로 규소와 같은 물질인 샘플 상 관심 영역 상단 상의 텅스텐 또는 탄소의 층이다. 캡핑 물질 및 규소 기판은 상이한 "경도" (이온 빔으로부터의 스퍼터링에 대한 저항력)를 가져, "골프-티"로 불리는 하향식 두께 변형을 유발하며, 여기서 샘플은 상단에서 보다 두껍고, 보다 얇은 치수로 좁아져 상기 샘플은 Y-구획에서 관찰하는 경우 "골프 티" 프로파일을 갖는다. 관심 영역은 통상적으로 라멜라의 상단 표면 근처에 함유되기 때문에, 보다 두꺼운 치수는 상기 관심 영역을 분명치 않게 하여, TEM 관측용의 바람직한 샘플보다 미만을 야기할 수 있다.Another type of artifact is referred to as a "golf tee. &Quot; For example, a layer of tungsten or carbon on top of the region of interest on a sample, typically a material such as silicon. The capping material and the silicon substrate have different "hardness" (resistance to sputtering from the ion beam), resulting in a top-down thickness variation called "golf-te ", wherein the sample is thicker at the top, The sample has a "golf tee" profile when viewed in the Y-section. Since the region of interest is typically contained near the upper surface of the lamella, a thicker dimension may cause the region of interest to be obscured, resulting in less than the desired sample for TEM observation.

"골프-티" 효과의 한 예는 도 8에서 볼 수 있으며, 이는 샘플(50)의 상단 표면 상에 위치한 이온 빔 유도 증착 (IBID) 텅스텐 보호 층(52)를 포함하는 TEM 샘플(50)을 나타낸다. 이러한 예에서, 박막화 후 상기 샘플(50)은 보호 층(52) 바로 아래에서 44 nm 너비이며, 보호 층(52) 아래 150 nm에서 25 nm 너비로 좁아진다. 이러한 두께 변형은 규소 기판 및 텅스텐 보호 층 사이의 상이한 에칭 속도의 결과이다. 텅스텐은 규소보다 더 경질의 밀집 물질이며, 상당히 더 낮은 에칭 속도를 갖고, 이는 텅스텐 보호 층(52)가 라멜라 몸체보다 더 넓어지도록 한다. 전형적으로, 관심 영역은 "골프-티"가 발생하여 TEM 관측용 관심 영역을 분명치 않게 하거나 또는 방해하는 일반적인 영역에 위치한다. An example of a "golf-tee" effect can be seen in FIG. 8, which illustrates a TEM sample 50 comprising an ion beam induced deposition (IBID) tungsten protective layer 52 located on the top surface of the sample 50 . In this example, after thinning, the sample 50 is 44 nm wide just below the protective layer 52 and narrows to a width of 25 nm at 150 nm below the protective layer 52. This thickness variation is a result of different etch rates between the silicon substrate and the tungsten protective layer. Tungsten is a harder material than silicon and has a significantly lower etch rate, which makes the tungsten protective layer 52 wider than the lamellar body. Typically, the region of interest is located in a general region where "golf-tee" occurs and obscures or hinders the region of interest for TEM observations.

표면 아티팩트 및 경사 변화가 없는 제어된 피가공물 표면을 얻기 위한 개선된 물질 증착 방법이 필요하다.There is a need for an improved material deposition method for obtaining a controlled workpiece surface without surface artifacts and tilt changes.

본 발명의 목적은 관찰을 위해 관심 영역을 노출시키기 위한 하전 입자 빔 처리를 위한 보호 층을 형성하는 개선된 방법 및 장치를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an improved method and apparatus for forming a protective layer for charged particle beam processing to expose areas of interest for observation.

관찰을 위해 관심 영역을 노출시키기 위한 피가공물의 하전 입자 빔 처리 시스템은 전구체 가스를 상기 피가공물 표면에 제공하고; 하전 입자 빔을 기판 쪽으로 향하게 하여 상기 전구체 가스로부터 상이한 스퍼터 속도를 갖는 적어도 2종의 상이한 물질로 구성된, 관심 영역 위의 보호 층의 증착을 유도하고; 하전 입자 빔을 상기 기판 쪽으로 향하게 하여 상기 보호 층을 통과하며 밀링하여 상기 보호 층 아래의 상기 관심 영역을 노출시키는 방법 및 장치를 포함한다. A charged particle beam processing system of a workpiece for exposing a region of interest for observation provides a precursor gas to the surface of the workpiece; Directing the charged particle beam toward the substrate to induce deposition of a protective layer over a region of interest, said at least two different materials having different sputter velocities from the precursor gas; And exposing the region of interest below the protective layer by milling the charged particle beam through the protective layer with the beam directed toward the substrate.

상기는, 하기 본 발명의 상세한 설명이 보다 잘 이해될 수 있도록 본 발명의 특징 및 기술적 이점을 보다 광범위하게 개략화하였다. 본 발명의 추가의 특징 및 이점은 이후에 기재될 것이다. 통상의 기술자는, 개시된 개념 및 구체적 구현예가 본 발명의 동일한 목적을 수행하기 위해 다른 구조를 개질하거나 또는 설계하기 위한 기초로서 쉽게 이용될 수 있음을 알아야 한다. 또한, 통상의 기술자는 이러한 등가의 구성은 첨부되는 청구범위에 제시된 바와 같은 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않음을 인식해야 한다.The foregoing has outlined the features and technical advantages of the present invention in a broader manner so that the following detailed description of the invention may be better understood. Additional features and advantages of the present invention will be described hereinafter. It should be appreciated by those of ordinary skill in the art that the disclosed concepts and specific embodiments may be readily utilized as a basis for modifying or designing other structures to accomplish the same purpose of the present invention. It is also to be appreciated by those of ordinary skill in the art that such equivalent constructions do not depart from the scope of the invention as set forth in the appended claims.

제출되는 본 특허 또는 출원은 칼라로 실행된 적어도 하나의 도면을 함유한다. 요청 및 필요한 수수료 납부에 따라 본 사무소에 의해 칼라 도면을 갖는 본 특허 또는 특허 출원 공보의 사본이 제공될 것이다. 본 발명 및 이의 이점을 보다 완전히 잘 이해하기 위해, 이제 첨부되는 도면과 함께 하기 설명을 참조한다:
도 1 내지 3은 선행 기술에 따른 계외(ex-situ) 샘플 제조 시의 단계를 예시한다.
도 4는 경질의 다이아몬드 기판 및 쉽게 소모가능한 연질의 백금 상단 층을 갖는 선행 기술의 라멜라 프로파일을 나타낸다.
도 5는 생성된 언더커팅을 포함하는, 연질의 구리 기판 및 경질의 탄소 상단 층을 갖는 선행 기술의 라멜라 프로파일을 나타낸다.
도 6은 선행 기술에 따른, 커트닝을 나타내는 텅스텐 상단 층을 갖는 FIB 횡단면의 현미경 사진이다.
도 7 은 선행 기술에 따른, 커트닝을 나타내는 탄소 상단 층을 갖는 박막화된 TEM 샘플의 현미경 사진이다.
도 8은 선행 기술에 따른, "골프-티" 아티팩트를 갖는 박막화 후의 라멜라 이미지를 나타낸다.
도 9는 다종가스 주입 시스템 (MGIS)을 포함하는 하전 입자 빔 시스템을 도식적으로 나타낸다.
도 10은 Pt 전구체 (X축) 및 C 전구체 (Y축)에 대한 밸브 듀티 사이클(duty cycle)의 함수로서의, 수직 증착 성장 속도의 등고선 플롯을 나타낸다.
도 11은 Pt 전구체 (X축) 및 C 전구체 (Y축)에 대한 밸브 듀티 사이클의 함수로서의, 증착된 C-Pt 복합 물질의 스퍼터 속도의 등고선 플롯을 나타낸다.
도 12는 C-풍부 보호 복합 층을 갖는 라멜라 프로파일을 나타낸다.
도 13은 Pt-풍부 보호 복합 층을 갖는 라멜라 프로파일을 나타낸다.
도 14는 C-Pt 보호 복합 층을 갖는 라멜라 프로파일을 나탄낸다.
도 15는 형성된 비아 구조를 갖는 기판에 대한 복합 물질 증착의 한 구현예를 나타낸다.
도 16은 형성된 비아 구조를 갖는 기판에 대한 복합 물질 증착의 또 다른 구현예를 나타낸다.
도 17은 형성된 비아 구조를 갖는 기판에 대한 복합 물질 증착의 또 다른 구현예를 나타낸다.
도 18은 도 17의 상기 복합 물질 증착에 대한 밸브 듀티 사이클을 나타낸다.
도 19는 형성된 비아 구조를 갖는 기판에 대한 복합 물질 증착의 또 다른 구현예를 나타낸다.
도 20은 도 19의 상기 복합 물질 증착에 대한 밸브 듀티 사이클을 나타낸다.
도 21은 본 발명을 수행하기 위한 유형의 이중 빔 시스템을 사용하는 또 다른 구현예를 나타낸다.
도 22는 별개 물질의 보호 층을 갖는 라멜라 프로파일을 나타낸다.
도 23은 다종의 별개 물질의 보호 층을 갖는 라멜라 프로파일을 나타낸다.
도 24는 별개의 교대 물질의 보호 층을 갖는 라멜라 프로파일을 나타낸다.
도 25는 다수의 보호 층을 갖는 라멜라의 바람직한 구현예의 이미지를 나타낸다.
도 26은 다수의 보호 층을 갖는 라멜라의 또 다른 바람직한 구현예의 현미경 사진을 나타낸다.
도 27a 및 27b는 표 1 및 2로부터의 데이터의 플롯을 나타낸다.
도 28은 본 발명에 따른 물질 증착에 대한 흐름도를 나타낸다.
The present patent or application filed contains at least one drawing executed in color. A copy of the present patent or patent application publication having a color diagram shall be furnished by the Office upon request and payment of the required fee. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS For a more complete understanding of the present invention and the advantages thereof, reference is now made to the following description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which:
Figures 1 to 3 illustrate the steps in the preparation of ex-situ samples according to the prior art.
Figure 4 shows a prior art lamellar profile with a rigid diamond substrate and an easily consumable soft platinum top layer.
Figure 5 shows a prior art lamellar profile with a soft copper substrate and a hard carbon top layer, including the undercutting produced.
Figure 6 is a micrograph of a FIB cross section with a tungsten top layer representing the cutting, according to the prior art.
7 is a photomicrograph of a thinned TEM sample having a carbon top layer showing the cutting, according to the prior art.
Figure 8 shows a lamellar image after thinning with "Golf-T" artifacts, according to the prior art.
Figure 9 schematically depicts a charged particle beam system comprising a multiple gas injection system (MGIS).
Figure 10 shows a contour plot of the vertical deposition growth rate as a function of the valve duty cycle for the Pt precursor (X axis) and C precursor (Y axis).
Figure 11 shows a contour plot of the sputter rate of the deposited C-Pt composite material as a function of the valve duty cycle for the Pt precursor (X axis) and C precursor (Y axis).
Figure 12 shows a lamellar profile with a C-rich protective composite layer.
Figure 13 shows a lamellar profile with a Pt-rich protective composite layer.
FIG. 14 shows a lamellar profile having a C-Pt protective composite layer.
Figure 15 shows one embodiment of composite material deposition for a substrate having a formed via structure.
Figure 16 shows another embodiment of composite material deposition for a substrate having a formed via structure.
Figure 17 shows another embodiment of composite material deposition for a substrate having a formed via structure.
Figure 18 shows the valve duty cycle for the composite material deposition of Figure 17;
FIG. 19 shows another embodiment of composite material deposition for a substrate having a formed via structure.
Figure 20 shows the valve duty cycle for the composite material deposition of Figure 19;
Figure 21 shows another embodiment using a dual beam system of the type for carrying out the invention.
Figure 22 shows a lamellar profile with a protective layer of discrete material.
Figure 23 shows a lamellar profile with a protective layer of many different materials.
Figure 24 shows a lamellar profile with a protective layer of a separate alternating material.
Figure 25 shows an image of a preferred embodiment of a lamella with a plurality of protective layers.
Figure 26 shows a micrograph of another preferred embodiment of a lamellar having a plurality of protective layers.
Figures 27a and 27b show plots of data from Tables 1 and 2;
28 shows a flow diagram for material deposition according to the present invention.

본 발명의 구현예는 개선된 보호 층을 제조하기 위해 2종의 상이한 물질을 사용함으로써 하전 입자 빔 처리를 위한 개선된 보호 층을 제공한다.Embodiments of the present invention provide an improved protective layer for charged particle beam processing by using two different materials to produce an improved protective layer.

한 구현예에 따르면, 물질 증착은 기판 물질의 스퍼터 속도와 실질적으로 매칭되는 스퍼터 속도를 갖는 보호 물질 층을 제공하도록 수행된다. 하전 입자 빔은 FIB 시스템의 진공 챔버에서 기판 쪽으로 향하여져 전구체 가스 혼합물로부터의 물질 증착을 유도한다. 보호 층 물질 증착의 스퍼터링에 대한 저항력은 가스 혼합물 성분의 비를 변화시킴으로써 조절될 수 있다. 넓은 범위에 걸쳐 전구체 비를 변화시켜 샘플 기판의 물질에 따라 보호 층 물질의 경도를 변화시킬 수 있는 가변적인 유동 제어 및 혼합 능력을 갖는 다종 가스 주입 시스템이 사용된다.According to one embodiment, material deposition is performed to provide a layer of protective material having a sputter rate that substantially matches the sputter velocity of the substrate material. The charged particle beam is directed from the vacuum chamber of the FIB system toward the substrate to induce material deposition from the precursor gas mixture. The resistance to sputtering of the protective layer material deposition can be controlled by varying the ratio of the gas mixture components. A multi-gas injection system with variable flow control and mixing capability is used that can vary the precursor ratio over a wide range to vary the hardness of the protective layer material depending on the material of the sample substrate.

또 다른 구현예에 따르면, 물질 증착은 각각의 층이 상이한 에칭 속도를 갖는 층에 증착된 2종 이상의 물질 조성물을 포함하는 보호 층을 제공하도록 수행된다. 바람직하게는, 하전 입자 빔은 FIB 시스템의 진공 챔버에서 기판 쪽으로 향하여져, 전구체 가스로부터 관심 영역 위의, 샘플 기판 상의 제1 보호 층의 증착을 유도한다. 이어서, 이온 빔은 샘플 기판 쪽으로 향하여져, 전구체 가스로부터 상기 제1 보호 층 상단 상의 적어도 제2 보호 층의 증착을 유도한다. 바람직하게는, 상기 제1 보호 층은 샘플의 에칭 속도와 근접하게 매칭되는 에칭 속도를 갖고, 상기 제2 보호 층 (및 임의의 추가의 층)은 샘플의 에칭 속도와 상이한 에칭 속도를 갖는다. 예를 들어, 보다 연질인 기판의 경우, 보다 연질인 보호 물질이 먼저 기판과 직접 접촉되도록 증착될 수 있고, 이어서 보다 경질인 제2의 층이 상기 제1 층의 상단 상에 증착될 수 있다. 상기의 보다 경질인 층은 이온 빔으로부터의 침식에 견딜 것이며, 상기의 보다 연질인 바닥 층은 단면 절취 아티팩트를 방지할 것이다. 기판의 스퍼터 속도에 근접하게 매칭되는 스퍼터 속도를 갖는 바닥 층은 단면 절취 아티팩트의 위험을 줄인다. 보다 경질인 기판, 예컨대 다이아몬드, 탄소 또는 탄화규소의 경우, 보다 경질인 보호 층이 먼저 기판과 직접 접촉되도록 증착되며, 보다 연질인 물질 층은 상기 제1 층의 상단 상에 증착될 수 있다.According to another embodiment, material deposition is performed to provide a protective layer comprising two or more material compositions each layer deposited on a layer having a different etch rate. Preferably, the charged particle beam is directed towards the substrate in the vacuum chamber of the FIB system, leading to deposition of the first protective layer on the sample substrate, above the region of interest, from the precursor gas. The ion beam is then directed toward the sample substrate to induce deposition of at least a second passivation layer on top of the first passivation layer from the precursor gas. Advantageously, the first passivation layer has an etch rate that closely matches the etch rate of the sample, and the second passivation layer (and any additional layer) has an etch rate that is different from the etch rate of the sample. For example, in the case of a softer substrate, a softer protective material may first be deposited in direct contact with the substrate, and then a more rigid second layer may be deposited on top of the first layer. The more rigid layer will withstand erosion from the ion beam, and the softer bottom layer will prevent cross-section artifacts. A bottom layer having a sputter velocity matched closely to the sputter speed of the substrate reduces the risk of cross-sectional artifacts. In the case of a harder substrate, such as diamond, carbon or silicon carbide, a harder protective layer is first deposited in direct contact with the substrate, and a softer material layer may be deposited on top of the first layer.

또 다른 구현예에서, 물질 증착은 교대의 물질 층을 제공하여, 상기 교대의 얇은 물질 층을 별개의 가스 화학을 사용하여 증착시킴으로써 보호 층 물질의 에칭 속도가 "조정"된 보호 층을 형성하도록 수행되며, 이는 개별 성분의 에칭 속도 사이에 있는 에칭 속도를 갖는 교대의 "파르페(parfait)-유사" 거대구조를 형성한다. 상기 개별 성분의 두께뿐만 아니라 층의 총 수를 조절함으로써, 사용자는 목적하는 필름 특성을 달성하기 위한 어느 정도의 조정가능성을 달성할 수 있다. 제한적인 극단의 무한 초박막 교대 층이 증착되어, 복합 혼합물과 유사한 증착물을 유발할 수 있다.In another embodiment, material deposition is performed to provide an alternating layer of material, such that the alternating thin layer of material is deposited using a separate gas chemistry so that the etch rate of the protective layer material forms a "tuned" , Which forms an alternating "parfait-like" macrostructure with an etch rate between the etch rates of the individual components. By adjusting the thickness of the individual components as well as the total number of layers, the user can achieve some degree of adjustability to achieve the desired film properties. A limited extreme ultrahigh-thickness alternating layer can be deposited, resulting in a deposit similar to the complex mixture.

또 다른 구현예에서, 가스 전구체의 혼합물이 물질 증착에 사용되지만, 증착 과정 동안 상기 가스의 비가 복합 캡핑 물질을 생성하도록 점차 조절되어, 보호 층의 바닥은 주로 하나의 성분이며, 상기 층의 상단은 주로 또 다른 성분이고, 중간 조성을 갖는 중간 영역을 포함하도록 한다. 이는 밀이 보호 물질을 통해 진행될 때 경질에서 연질로의 (또는 그 반대) 점진적인 전이를 제공한다.In another embodiment, a mixture of gas precursors is used for material deposition, but during the deposition process the ratio of the gas is gradually adjusted to produce a composite capping material such that the bottom of the protective layer is primarily a component, It is mainly another component and includes an intermediate region having an intermediate composition. This provides a progressive transition from hard to soft (or vice versa) as the wheat progresses through the protective material.

또 다른 구현예에서, 본원에 기재된 상기 물질 증착 방법은 희생 보호 캡의 경도를 빔 꼬리로부터의 침식으로 인한 라멜라 파괴를 방지하도록 조정하고, 접면에서의 단면 절취 아티팩트, 예컨대 커트닝 및 측벽 경사 변화를 최소화할 수 있도록 TEM 라멜라 제조 시 수행될 수 있다.In another embodiment, the method of depositing materials described herein adjusts the hardness of the sacrificial protective cap to prevent lamellar failure due to erosion from the beam tail and to reduce cross-sectional artifacts at the interface, such as, for example, And can be carried out in TEM lamellar manufacturing so as to be minimized.

또 다른 구현예에서, 본원에 기재된 상기 물질 증착 방법은, 복합 캡핑 층을 사용하여 일반적으로 결함 및 경사 변화가 없는 절취면을 포함하는 단면 FIB 횡단면을 생성하는 용도로 수행될 수 있다.In another embodiment, the material deposition method described herein can be performed using a composite capping layer to produce a cross-sectional FIB cross-section that generally includes a cut surface free of defects and tilt changes.

또 다른 구현예에서, 본원에 기재된 상기 물질 증착 방법은 조성물 증착 필름을 사용하여 이온 빔 밀링으로 생성된 고-종횡비 구조 (예컨대, 비아)의 밀링된 프로파일을 조절하는 용도로 수행될 수 있다.In another embodiment, the material deposition method described herein can be performed for the purpose of modulating a milled profile of high-aspect ratio structures (e.g., vias) produced by ion beam milling using a composition deposition film.

본 발명의 제1의 바람직한 구현예에 따르면, 기판, 예컨대 반도체 웨이퍼는 FIB 칼럼 및 SEM 칼럼 둘 모두를 갖는 이중-빔 FIB/SEM 시스템 내로 로딩된다. 이중-빔 시스템이 논의되어 있지만, 본 발명을 수행하기 위해 다른 FIB 시스템이 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 웨이퍼는 수동으로 이동될 수 있거나 또는 바람직하게는 다중-웨이퍼 운반체 및 자동-로딩 로봇 (제시되어 있지 않음)에 의해 이동된다.According to a first preferred embodiment of the present invention, a substrate, e.g. a semiconductor wafer, is loaded into a dual-beam FIB / SEM system having both a FIB column and a SEM column. Although a dual-beam system is discussed, it should be understood that other FIB systems may be used to carry out the present invention. The wafers may be moved manually or preferably by a multi-wafer carrier and a self-loading robot (not shown).

라멜라 샘플을 제조하기 위한 용도에서, 추출 및 분석을 위한 관심 형태를 함유하는 샘플 상 영역의 위치 (즉, 라멜라 부위)가 결정된다. 예를 들어, 기판은 반도체 웨이퍼 또는 그의 부분일 수 있고, 추출되는 샘플은 TEM을 사용하여 관찰되는 집적 회로의 일부를 포함할 수 있다. 전형적으로, 기판은 웨이퍼 또는 웨이퍼 조각 상에 참조 표시를 위치시키기 위한 머신 비전(machine vision)을 사용하거나, 또는 비패턴화된 웨이퍼의 엣지(edge) 및 정렬 노치(notch) 또는 플랫(flat)를 사용함으로써 조악하게 정렬된다. 별법으로, 라멜라 부위는 이미지 인식 소프트웨어를 사용하여 자동으로 위치될 수 있다. 적합한 이미지 인식 소프트웨어는 코그넥스 코포레이션(Cognex Corporation) (미국 메사추세츠주 마티크 소재)으로부터 입수가능하다. 이미지 인식 소프트웨어는 유사한 특징의 샘플 이미지를 사용하거나 또는 CAD 데이터로부터의 기하학적 정보를 사용함으로써 목적하는 라멜라 위치를 위치시키도록 "훈련"될 수 있다. 자동화된 FIB 또는 SEM 계측학이 또한 상기 라멜라 부위를 확인하거나 또는 확인하는 것을 보조하는 데 사용될 수 있다. 계측학은 이미지-기반 패턴 인식, 엣지 발견, ADR, 질량 중심(center-of-mass) 계산 또는 블로브(blob)로 이루어질 수 있다. 목적하는 경우, 기준 표시는 정밀하고 정확한 위치 표시로서 기판 표면으로 밀링될 수 있다.In applications for producing lamellar samples, the location of the sample phase area containing the form of interest for extraction and analysis (i. E., The lamellar site) is determined. For example, the substrate may be a semiconductor wafer or a portion thereof, and the sample to be extracted may comprise a portion of an integrated circuit that is observed using a TEM. Typically, the substrate is processed by using machine vision to place a reference mark on the wafer or wafer piece, or by using an edge and alignment notch or flat of the non-patterned wafer It is coarsely aligned. Alternatively, the lamella portion can be automatically positioned using image recognition software. Suitable image recognition software is available from Cognex Corporation (Matsik, MA, USA). Image recognition software may be "trained" to position the desired lamella location using a sample image of a similar feature or by using geometric information from CAD data. Automated FIB or SEM metrology can also be used to assist in identifying or identifying the lamella site. Metrology can consist of image-based pattern recognition, edge detection, ADR, center-of-mass computation, or blobs. If desired, the reference mark can be milled onto the substrate surface as a precise, accurate position mark.

이어서, 샘플을 보호하기 위해 복합 보호 층이 상기 라멜라 부위 상에 증착된다. 제1의 바람직한 구현예에서, IBID 또는 EBID 증착은 2종 이상의 전구체 가스가 동시에 유동하는 다종 가스 주입 시스템을 사용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 증착된 물질이 2종의 개별 성분에 대해 중간인 특성을 갖는 증착이 수행될 수 있다. 예를 들어, Pt 및 C 전구체의 혼합물을 사용하여 얻은 IBID 증착은 Pt 및 C 전구체를 개별적으로 사용하여 얻은 특성 사이의 중간인 특성을 갖는 보호 층을 얻도록 수행될 수 있다. 전구체 혼합은 다수의 방법으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 단일 가스 노즐 배출구는 개별 화학적 전구체를 함유하는 2개 이상의 용기에 의해 공유될 수 있고, 개별 성분의 상대적 유속은 상기 화학적 전구체 용기 및 상기 배출구 사이에 위치된 펄스용 밸브에 의해 제어될 수 있다.A composite protective layer is then deposited on the lamella region to protect the sample. In a first preferred embodiment, the IBID or EBID deposition can be performed using a multiple gas injection system in which two or more precursor gases flow simultaneously. For example, a deposition can be performed in which the deposited material has properties that are intermediate to the two individual components. For example, IBID deposition obtained using a mixture of Pt and C precursors can be performed to obtain a protective layer having properties intermediate to those obtained using the Pt and C precursors separately. Precursor mixing can be performed in a number of ways. For example, a single gas nozzle outlet may be shared by two or more vessels containing individual chemical precursors, and the relative flow rate of the individual components may be controlled by a pulse valve located between the chemical precursor vessel and the outlet .

도 9는 본 발명의 구현예를 포함하는 빔 시스템(100)의 도식을 나타낸다. 빔 시스템(100)은 빔 생성 하위시스템, 예컨대 레이저 또는 하전 입자 빔 칼럼에 의해 생성된 빔(110)에 의해 처리하고자 하는 피가공물(106)을 보조하기 위한 샘플 스테이지(104)를 함유하는 샘플 진공 챔버(102)를 포함한다. 예를 들어, 하전 입자 빔 칼럼(112)는 하전 입자 공급원(113), 하나 이상의 집속 렌즈(114), 및 상기 빔(110)을 상기 피가공물 표면 상에 지정된 패턴으로 스캐닝하거나 또는 다르게는 향하게 하기 위한 변류기(116)을 포함한다. 배기 시스템, 예컨대 고진공 터보 펌프(120) 및 배압 펌프(122)의 조합은 처리 동안 샘플 진공 챔버(102)에서 바람직하게는 10-3 mbar 미만, 보다 바람직하게는 10-4 mbar 미만, 보다 더 바람직하게는 약 10-5 mbar 이하의 진공을 유지한다. 배압 펌프(122)는 배기 배출구(124)로 배기한다.Figure 9 shows a schematic of a beam system 100 including an embodiment of the present invention. The beam system 100 includes a sample stage 104 for supporting a workpiece 106 to be processed by a beam generating subsystem, e.g., a beam 110 generated by a laser or a charged particle beam column, Includes a chamber (102). For example, the charged particle beam column 112 may include a charged particle source 113, one or more focusing lenses 114, and a beam 110 that scans or otherwise directs the beam 110 to a specified pattern on the workpiece surface And a current transformer 116 for rectifying the current. The combination of an exhaust system, such as a high vacuum turbo pump 120 and a back pressure pump 122, is preferably less than 10 -3 mbar, more preferably less than 10 -4 mbar, more preferably in the sample vacuum chamber 102 during processing Maintain a vacuum of about 10 -5 mbar or less. The back pressure pump 122 exhausts to the exhaust outlet 124.

가스는 다종 가스 주입 시스템 (MGIS) 밸브(132)로부터 연장되는 접이식 니들(130)에 의해 상기 피가공물 표면의 국지 영역으로 공급되며, 이는 하기에 보다 상세히 기재된다. 가스, 예컨대 증착 전구체 가스, 에칭 전구체 가스 또는 불활성 퍼지 가스는 가스 저장소(131)에 저장된다. 상기 용어 "저장소"는 임의의 가스 공급원을 포함하도록 광범위하게 사용된다. 저장소(131)의 일부는 목적하는 가스를 발생시키기 위해, 예를 들어 도가니에서 가열되는 고체 또는 액체 물질을 포함할 수 있으며, 다른 저장소(131)은 압축 가스를 포함할 수 있다. 각각의 저장소(131)은 각각의 저장소(131) 및 MGIS 밸브(132) 사이의 유동 경로에서 조절 밸브(134) 및 중지 밸브(136)을 포함하는 상응하는 도관(133)에 의해 MGIS 밸브(132)로 연결된다. 도 9가 상응하는 도관을 갖는 2개의 저장소를 나타내지만, 본 발명은 임의의 수의 저장소로 제한되지 않는다. 본 발명의 일부 구현예는 6개 이상의 저장소를 사용하지만, 다른 구현예는 단일 가스 공급원을 사용할 수 있다.The gas is supplied to the local area of the surface of the workpiece by a folding needle 130 extending from a multi-gas injection system (MGIS) valve 132, which is described in more detail below. A gas, such as a deposition precursor gas, an etch precursor gas, or an inert purge gas, is stored in the gas reservoir 131. The term " reservoir "is used extensively to include any gas source. A portion of the reservoir 131 may comprise a solid or liquid material, for example heated in a crucible, to generate the desired gas, and the other reservoir 131 may comprise a compressed gas. Each reservoir 131 is connected to an MGIS valve 132 by a corresponding conduit 133 including a regulating valve 134 and a stop valve 136 in the flow path between each reservoir 131 and the MGIS valve 132. [ ). Although Figure 9 shows two reservoirs with corresponding conduits, the present invention is not limited to any number of reservoirs. Some embodiments of the invention use more than six reservoirs, while other embodiments may use a single gas source.

사전에 정해진 가스 방안이 실행되는 경우, 상기 MGIS 밸브(132) 니들(130)은 연장되며, 처리 가스는 상기 밸브(132)로부터 니들(130)을 통해 하전 입자 빔(110)이 집속되는 지점 근처의 피가공물(106)의 표면으로 유동한다.The MGIS valve 132 needle 130 is extended and the process gas is introduced into the vicinity of the point where the charged particle beam 110 is focused through the needle 130 from the valve 132 To the surface of the workpiece 106 of FIG.

샘플 스테이지(104)는 상기 피가공물을 상기 하전 입자 빔(110) 및 상기 니들(130) 아래에 위치시키는 데 사용된다. 상기 샘플 진공 챔버 내 니들(130)으로부터의 가스는 결국 터보 펌프(120)에 의해 상기 챔버로부터 펌핑된다. 진공 펌프(138)은 남아있는 가스를 MGIS 진공 밸브(142)가 장착된 MGIS 진공 도관(140)을 통해 상기 MGIS 밸브 내부로부터 제거한다.A sample stage 104 is used to position the workpiece below the charged particle beam 110 and the needle 130. The gas from the needle 130 in the sample vacuum chamber is eventually pumped from the chamber by the turbo pump 120. The vacuum pump 138 removes the remaining gas from the inside of the MGIS valve via the MGIS vacuum conduit 140 equipped with the MGIS vacuum valve 142.

상기 복합 보호 층에 대한 특정한 방안은 상기 샘플 기판의 물질에 따라 전구체를 특정한 비로 혼합하는 것으로 이루어진다. 바람직하게는, 상기 전구체 중 하나는 상대적으로 연질의 증착 물질을 산출할 것이고, 다른 전구체는 상대적으로 경질의 증착 물질을 산출할 것이다. 따라서, 사용자는 증착 층의 경도가 각각의 개별 전구체의 특성 사이의 어느 것이도록 조정할 수 있다. 상기 전구체는, 상기 보호 층 물질의 스퍼터 속도가 상기 기판 물질의 스퍼터 속도에 매칭되어 충분한 박막화를 가능하게 하고, 접면 아티팩트를 방지하도록 하는 비로 혼합된다. 상기 MGIS 전달 하드웨어에서의 밸브의 듀티 사이클은 0% 내지 100%로 연속으로 달라질 수 있다. 따라서, 증착 물질은 개별의 혼합된 전구체 성분의 특성 사이의 중간인 특성을 갖도록 조절될 수 있다. 이는 상이한 기판 물질 및 상이한 용도에 대해 맞춤화된 증착을 허용한다.A particular approach to the composite protective layer is to mix the precursors in a specific ratio according to the material of the sample substrate. Preferably, one of the precursors will yield a relatively soft deposition material, and the other precursor will yield a relatively hard deposition material. Thus, the user can adjust the hardness of the deposition layer to be between the characteristics of each individual precursor. The precursors are mixed in a ratio such that the sputter speed of the protective layer material matches the sputter speed of the substrate material to enable sufficient thinning and to avoid contact artifacts. The duty cycle of the valve in the MGIS delivery hardware may vary continuously from 0% to 100%. Thus, the deposition material can be adjusted to have properties that are intermediate between the properties of the individual mixed precursor components. This allows customized deposition for different substrate materials and different applications.

하나의 예에서, 탄소-백금 (C-Pt) 보호 층이 증착된다. C-Pt 전구체는 기판의 물질에 따라 특정한 비로 혼합된다. 이는 도 10 및 11에서 보여지는 바와 같은 등고선 플롯에 표시되어 있는 바와 같이 C-Pt 비를 조절함으로써 달성된다. 도 10에, Pt 전구체 (X축) 및 C 전구체 (Y축)에 대한 밸브 듀티 사이클의 함수로서의, 수직 증착 성장 속도 (nm/sec)의 등고선 플롯(150)이 나타나 있다. 가장 높은 성장 속도는 원(152)에 의해 표시되며, 표준 단일-전구체 물질의 성장 속도는 각각 Pt 및 C에 대해 원(154) 및 원(156)에 의해 표시된다. 도 11에, 상기 Pt 전구체 (X축) 및 C 전구체 (Y축)에 대한 밸브 듀티 사이클의 함수로서의, 증착된 C-Pt 복합 물질의 스퍼터 속도의 등고선 플롯(160)이 나타나 있다. 표준 단일-전구체 물질의 스퍼터 속도는 각각 Pt 및 C에 대해 원(162) 및 원(164)에 의해 표시된다. 소량의 Pt를 대부분의 C 증착에 첨가 시 원(166)에 의해 표시된 조건은, 예를 들어 개별 성분보다 보호 캡 층으로서 우수한 물질을 유발한다. 상기 층은 Pt 단독보다 훨씬 더 경질이지만, C 단독의 커트닝 효과를 갖지 않는다. 상기 가변적인 듀티 사이클 밸브 제어, 또는 상기 펄스용 밸브의 "사용" 시간%, 및 다종 가스 주입 시스템의 혼합 능력이 이러한 조정을 가능하게 한다. 따라서, 목적하는 "경도"는 도 11에서 등고선 플롯(160)의 상단 좌측에서 저부 우측으로 이동함으로써 달성될 수 있다. 따라서, 사용자는 증착된 층의 경도를 샘플에 맞도록, 특히 샘플 기판의 경도에 매칭되도록 맞춤화할 수 있다.In one example, a carbon-platinum (C-Pt) protective layer is deposited. The C-Pt precursor is mixed at a specific ratio depending on the material of the substrate. This is accomplished by adjusting the C-Pt ratio as shown in the contour plots as shown in FIGS. 10 and 11. 10, a contour plot 150 of the vertical deposition growth rate (nm / sec) as a function of the valve duty cycle for the Pt precursor (X axis) and C precursor (Y axis) is shown. The highest growth rate is indicated by circle 152 and the growth rates of the standard single-precursor materials are indicated by circles 154 and circles 156 for Pt and C, respectively. A contour plot 160 of the sputter rate of the deposited C-Pt composite material is shown in Figure 11 as a function of the valve duty cycle for the Pt precursor (X axis) and C precursor (Y axis). The sputter rates of standard single-precursor materials are indicated by circles 162 and circles 164 for Pt and C, respectively. The conditions indicated by circle 166 when adding a small amount of Pt to most of the C deposition, for example, cause a superior material as a protective cap layer rather than a discrete component. The layer is much harder than Pt alone, but has no C-only cutting effect. The variable duty cycle valve control or the "use" time% of the pulse valve and the mixing capability of the multiple gas injection system enable this adjustment. Thus, the desired "hardness" can be achieved by moving from the top left to the bottom right of the contour plot 160 in FIG. Thus, the user can customize the hardness of the deposited layer to match the sample, particularly to match the hardness of the sample substrate.

예를 들어, 도 12 내지 14에서 보여지는 바와 같이, 다양한 경도 특성을 갖는 C-Pt 복합 물질 증착이 기판 상에 수행된다. 예를 들어, C-Pt 복합 물질은 C-풍부 복합물 (C 밸브 듀티 사이클 = 80%, Pt 밸브 듀티 사이클 < 2%)을 달성하도록 밸브 듀티 사이클을 연속으로 조절함으로써 기판(200) 상에 형성되어, 도 12에서 보여지는 바와 같은 매우 경질인 보호 층(202) (C 단독만큼 경질이지는 않음)를 유발할 수 있다. 도 13에서 보여지는 바와 같이, C-Pt 복합 물질은 Pt-풍부 복합물 (C 밸브 듀티 사이클 < 2%, Pt 밸브 듀티 사이클 = 80%)을 달성하도록 밸브 듀티 사이클을 연속으로 조절함으로써 기판(206) 상에 형성되어, 매우 연질인 보호 층(208) (Pt 단독만큼 연질이지는 않음)을 유발할 수 있다. 경질 기판 샘플, 예컨대 다이아몬드가 사용되는 경우, 다이아몬드 기판의 경도와 근접하게 매칭되는 경도를 갖는 C-풍부 층이 증착될 수 있다. 도 14에서 보여지는 예와 같이, 80%-5% (C 대 Pt)의 MGIS 세팅으로 증착된 C-Pt 물질의 보호 층(212)를 갖는 기판(210)이 순수한 C 또는 순수한 Pt 전구체로 얻어진 층보다 더 선호된다. 80%-5% 비는 단독으로 사용되는 개별 C 또는 Pt보다 더 높은 물질 성장 속도를 갖는다. 또한, 이러한 비는 Pt보다 더 높은 스퍼터 저항력을 갖고, C보다 더 적은 커트닝 아티팩트를 갖는다.  For example, as shown in Figures 12-14, C-Pt composite material deposition with various hardness characteristics is performed on the substrate. For example, the C-Pt composite material is formed on the substrate 200 by continuously adjusting the valve duty cycle to achieve a C-rich composite (C valve duty cycle = 80%, Pt valve duty cycle <2% , A very hard protective layer 202 (not as hard as C alone) as shown in FIG. As shown in FIG. 13, the C-Pt composite material is deposited on the substrate 206 by continuously adjusting the valve duty cycle to achieve a Pt-rich composite (C valve duty cycle <2%, Pt valve duty cycle = To create a very soft protective layer 208 (not as soft as Pt alone). When a hard substrate sample is used, such as diamond, a C-rich layer can be deposited having a hardness that closely matches the hardness of the diamond substrate. 14, a substrate 210 having a protective layer 212 of C-Pt material deposited with an MGIS setting of 80% -5% (C versus Pt) is obtained with pure C or pure Pt precursor Layer. The 80% -5% ratio has a higher material growth rate than the individual C or Pt used alone. In addition, this ratio has a higher sputter resistance than Pt and has a lessening of C than the C artifact.

다양한 경도 특성을 갖는 기판에 대해 다른 증착이 얻어질 수 있다. 예를 들어, 중간의 듀티 사이클 (예를 들어, 탄소 및 백금 둘 모두에 대해 40%)을 갖는 보호 층은 개별 성분으로 얻어진 특성에 대해 대략 중간인 특성을 가질 것이다. 보다 연질인 기판 특성을 갖는 샘플, 예컨대 유기 수지의 경우, 증착 전구체는 Pt가 풍부하도록 조절될 수 있다.Other depositions can be obtained for substrates having various hardness characteristics. For example, a protective layer having an intermediate duty cycle (e.g., 40% for both carbon and platinum) will have properties that are approximately intermediate to those obtained with the individual components. In the case of a sample having a softer substrate characteristic, such as an organic resin, the deposition precursor can be adjusted to be platinum-enriched.

가능한 듀티 사이클 및 샘플 조합은 50%-50% (C 대 Pt)의 밸브 듀티 사이클을 사용하는 증착 층을 갖는 중간 경질의 규소 기판, 80%-1% (C 대 Pt)의 밸브 듀티 사이클을 사용하는 증착 층을 갖는 경질의 다이아몬드 기판, 및 5%-80% (C 대 Pt)의 밸브 듀티 사이클을 사용하는 증착 층을 갖는 연질의 수지 기판을 포함한다. 상기 전구체는 종래의 MGIS 시스템과도 혼합될 수 있으며, 여기서 상기 전구체의 비는 각각의 작용제의 도가니 온도를 제어함으로써 대략적으로 조절될 수 있다. 그러나, 다수의 듀티 사이클 조합이 가능하고, 이러한 예는 증착된 물질의 경도가 기판 물질의 경도에 매칭되도록 연속으로 달라질 수 있음을 예시한다.Possible duty cycle and sample combinations use a medium hard silicon substrate with a deposition layer using a valve duty cycle of 50% -50% (C vs. Pt), a valve duty cycle of 80% -1% (C vs. Pt) And a soft resin substrate having a vapor deposition layer using a valve duty cycle of 5% -80% (C vs. Pt). The precursor may also be mixed with conventional MGIS systems wherein the ratio of the precursors can be roughly adjusted by controlling the crucible temperature of each agent. However, multiple duty cycle combinations are possible, and this example illustrates that the hardness of the deposited material can be continuously varied to match the hardness of the substrate material.

상기 기재된 펄스용 밸브 혼합 전략에 더하여, 다른 전구체 전달 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 개별 전구체 성분의 상대적인 유속은 질량 유량 제어 밸브, 계량 니들 밸브를 사용하거나, 또는 간단히 전구체 용기의 온도를 조절하여 상기 성분의 증기 압력을 조절함으로써 조절될 수 있다. 유속은 또한 상이한 크기의 구멍 (개구)을 사용하거나 또는 상이한 내부 직경을 갖는 배관을 사용함으로써 영향을 받을 수 있다. 최종적으로, 다종 전구체 화학물질을 동일한 용기에서 혼합하는 것이 가능하여, 단일 밸브의 개방이 기기의 진공 챔버 내로 전구체 가스의 혼합물을 수용하도록 한다. 상기 다종-성분 전구체 혼합물을 전달하는 데 사용되는 전달 전략에 관계없이, 전구체 혼합물을 사용하여 상기 혼합물을 생성하기 위한 하드웨어 또는 시스템에 관계없이 증착된 물질 층의 특성을 조정할 수 있다.In addition to the pulse valve mixing strategy described above, other precursor delivery methods may be used. For example, the relative flow rate of the individual precursor components can be controlled by using a mass flow control valve, a metering needle valve, or simply by adjusting the temperature of the precursor vessel to adjust the vapor pressure of the component. The flow rate can also be influenced by using different sized holes (openings) or using pipes with different internal diameters. Finally, it is possible to mix the multiple precursor chemicals in the same vessel so that the opening of a single valve accommodates a mixture of precursor gases into the vacuum chamber of the apparatus. Regardless of the delivery strategy used to deliver the multi-component precursor mixture, the properties of the deposited material layer can be adjusted regardless of the hardware or system for producing the mixture using the precursor mixture.

전구체 혼합물로부터의 증착 물질 층은 다양한 상이한 용도를 위해 적용될 수 있다. TEM 라멜라 제조에서, 희생 보호 캡의 경도를 조정하는 것은 빔 꼬리로부터의 침식으로 인한 라멜라 파괴를 방지할 수 있고, 접면에서의 단면 절취 아티팩트, 예컨대 커트닝 및 골프-티뿐만 아니라 측벽 경사 변화를 최소화할 수 있다. 복합 물질 증착에 대한 또 다른 용도는 일반적으로 결함 및 경사 변화가 없는 절취면을 갖는 단면 FIB 횡단면을 생성하는 데 사용하기 위한 것이다.The layer of deposition material from the precursor mixture can be applied for a variety of different applications. In TEM lamellar manufacturing, adjusting the hardness of the sacrificial protective cap can prevent lamellar breakage due to erosion from the beam tail and minimize cross-sectional artifacts at the interface, such as cutting and golf-tee, can do. Another use for composite material deposition is generally for use in creating cross-sectional FIB cross-sections with cut-outs free of defects and slope changes.

복합 증착 층은 또한 이온 빔 밀링으로 생성된 고-종횡비 구조 (예컨대, 비아)의 밀링된 프로파일을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 이는 FIB 나노- 및 마이크로-제조 또는 이온-빔 리소그래피 기술에 유용할 수 있다. 본 출원에서 도 15에서 보여지는 바와 같이, 피가공물(250)은 사용자가 그 위에 고-종횡비 구조, 예컨대 비아(256)을 생성하고자 하는 기판(254) 상에 증착된 얇은 복합 증착 캡핑 물질(252)를 포함한다. 복합 증착에 대한 구체적 방안은 기저 표적 물질보다 "더 경질"이도록 선택되어야 한다. 밀이 초기에 진행될 때, 이온 빔은 상기 경질의 증착 층(252)로 더 깊이 깊이 관통할 것이다. 결국, 상기 밀은 상기 경질의 증착(252) 및 연질의 기저 기판(254) 사이의 접면에 도달할 것이다. 이 지점에서, 밀링 속도가 가장 높은 상기 이온 빔 프로파일의 중심에서만 상기 기저 기판(254)가 밀링되기 시작할 것이다. 상기 기저 기판(254)가 상기 캡핑 물질(252)보다 더 연질이고, 이온 빔 프로파일이 대략 가우스(Gaussian) 프로파일이기 때문에, 상기 연질의 물질(254)는 이온 빔 분포의 강력한 중심에 의해 신속하게 밀링된 한편, 이온 빔의 덜 강력한 "꼬리"는 보다 경질의 캡핑 물질(252)를 관통하지 않았다.The composite deposition layer can also be used to control the milled profile of high-aspect ratio structures (e.g., vias) generated by ion beam milling. This may be useful for FIB nano- and micro-fabrication or ion-beam lithography techniques. As shown in FIG. 15 in the present application, the workpiece 250 includes a thin composite deposition capping material 252 deposited on a substrate 254 on which the user wishes to create a high-aspect ratio structure, ). The specific approach to composite deposition should be chosen to be "harder" than the underlying target material. When the mill is initially advanced, the ion beam will penetrate deeper into the hard deposit layer 252. Eventually, the mill will reach the interface between the rigid deposition 252 and the soft base substrate 254. At this point, the base substrate 254 will begin to be milled only in the center of the ion beam profile with the highest milling speed. Because the base substrate 254 is softer than the capping material 252 and the ion beam profile is a roughly Gaussian profile, the soft material 254 is quickly milled by the strong center of the ion beam distribution While the less powerful "tail" of the ion beam did not penetrate the harder capping material 252.

따라서, 보다 연질의 표적 물질 상단 상의 보다 경질의 캡핑 필름의 배열은 이온 밀링 프로브의 형태에 대한 첨예화 효과(sharpening effect)를 갖고, 비캡핑된 기판으로 달성하는 것이 가능할 보다 좁은 치수를 갖는 비아를 얻는 것이 가능하다. 목적하는 경우, 상기 상단 캡핑 필름은 상기 "첨예화된" 고종횡비 밀은 뒤에 남기면서 최종 단계에서 제거될 수 있었다. 이는, 예를 들어 규소 기판 상의 경질의 탄소 필름을 사용함으로써 달성될 수 있었고, 상기 탄소 필름은 산소 플라즈마 세척 단계를 이용하여 제거될 수 있었다. 따라서, 상대적으로 좁은 치수 및 평행의 측벽을 갖는 고종횡비 구조가 형성될 수 있다.Thus, the arrangement of the harder capping film on the softer top of the target material has a sharpening effect on the shape of the ion milling probe, resulting in a vias with narrower dimensions that are achievable with a non-capped substrate It is possible. If desired, the top capping film could be removed at the final stage leaving behind the "sharpened" high aspect ratio mill. This could be achieved, for example, by using a hard carbon film on a silicon substrate and the carbon film could be removed using an oxygen plasma cleaning step. Thus, a high aspect ratio structure having a relatively narrow dimension and parallel sidewalls can be formed.

또 다른 예에서, 상기 기저 기판보다 보다 연질인 캡핑 필름을 증착시킴으로써, 면취되거나(chamfered) 또는 테이퍼링된(tapered) 프로파일 (상단에서 나팔 모양으로(flared) 개방됨)을 갖는 비아가 형성될 수 있다. 도 16에서 보여지는 이러한 예에서, 피가공물(260)은 비아(266)을 갖도록 형성된 기저 기판(264)보다 더 연질인 캡핑 층(262)를 갖는 것으로 나타난다. 상기 연질의 캡핑 층(262)에 대한 상기 빔 꼬리의 효과는 캡 없이 밀링된 비아와 비교하여, 보다 측방의 침식을 생성하여, 상기 비아 구조 상단에서의 확연한 확장을 유발할 것이다.In another example, by depositing a capping film that is smoother than the underlying substrate, vias can be formed with a chamfered or tapered profile (open flared at the top) . In this example shown in FIG. 16, the workpiece 260 appears to have a capping layer 262 that is softer than the base substrate 264 that is formed with vias 266. The effect of the beam tail on the soft capping layer 262 will create more lateral erosion as compared to vias milled without a cap, resulting in significant expansion at the top of the via structure.

도 17은 FIB-밀링된 비아(283)이 생성된 복합 층(282)를 갖는 규소 기판(281)을 포함하는 피가공 샘플(280)의 구현예를 나타내며, 여기서 상기 복합 층(282)는 상기 층의 바닥에서 상단으로 변화하는 "경도"를 갖는다. 이러한 복합 층은 증착 과정 동안 개별 전구체 성분의 듀티 사이클을 조절함으로써 생성될 수 있다. 예를 들어, 증착을 Pt-풍부 혼합물로 시작하고, 증착물이 성장함에 따라 점차적으로 C-풍부 혼합물로 전이함으로써, 연질에서 경질로 (바닥에서 상단으로) 변화하는 Pt-C 복합 층이 증착될 수 있다. 이러한 공정의 밸브 듀티 사이클은 도 18에 그래프(286)에 의해 나타내어져 있다.Figure 17 shows an embodiment of a workpiece 280 comprising a silicon substrate 281 with a composite layer 282 where FIB-milled vias 283 are generated, And "hardness" which varies from the bottom to the top of the layer. This composite layer can be created by adjusting the duty cycle of the individual precursor components during the deposition process. For example, a Pt-C composite layer can be deposited that changes from soft to hard (bottom to top) by starting the deposition with a Pt-rich mixture and gradually transitioning to a C-rich mixture as the deposition grows have. The valve duty cycle for this process is illustrated by graph 286 in FIG.

도 19는 FIB-밀링된 비아(293)이 생성된 복합 층(292)를 갖는 규소 기판(291)을 포함하는 피가공 샘플(290)을 이용한 역 공정을 나타내며, 여기서 상기 복합 층(292)는 상기 층의 바닥에서 상단으로 변화하는 "경도"를 갖는다. 이러한 복합 층은 증착 과정 동안 개별 전구체 성분의 듀티 사이클을 조절함으로써 생성될 수 있다. 예를 들어, 증착을 C-풍부 혼합물로 시작하고, 증착물이 성장함에 따라 점차적으로 Pt-풍부 혼합물로 전이함으로써, 경질에서 연질로 (바닥에서 상단으로) 변화하는 Pt-C 복합 층이 증착될 수 있다. 이러한 공정에 대한 밸브 듀티 사이클은 도 20에 그래프(296)에 의해 나타내어져 있다.19 shows a reverse process using a workpiece sample 290 comprising a silicon substrate 291 with a composite layer 292 where FIB-milled vias 293 are produced, wherein the composite layer 292 is And "hardness" which varies from the bottom to the top of the layer. This composite layer can be created by adjusting the duty cycle of the individual precursor components during the deposition process. For example, a Pt-C composite layer that varies from hard to soft (bottom to top) can be deposited by starting the deposition with a C-rich mixture and gradually transitioning to a Pt-rich mixture as the deposition grows have. The valve duty cycle for this process is illustrated by graph 296 in FIG.

Pt-C 혼합물이 복합 층의 예로서 논의되었지만, 다른 전구체 조합이 또한 가변적인 물질 특성을 갖는 증착 층을 유발할 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 나프탈렌 및 (메틸시클로펜타디에닐) 트리메틸 백금의 전구체를 사용하여 탄소-백금 복합물이 얻어질 수 있다. 나프탈렌 및 W(CO)6 전구체를 사용하여 탄소-텅스텐 복합물이 얻어질 수 있다. 백금-텅스텐 복합물을 얻기 위해 (메틸시클로펜타디에닐) 트리메틸 백금 및 W(CO)6의 전구체가 사용될 수 있고, 나프탈렌, 및 TEOS 또는 TMCTS 또는 HMCHS의 전구체를 사용하여 탄소-SiOx 복합물이 얻어질 수 있다.Although the Pt-C mixture is discussed as an example of a multiple layer, it should be understood that other precursor combinations may also result in a deposition layer with variable material properties. For example, carbon-platinum complexes can be obtained using precursors of naphthalene and (methylcyclopentadienyl) trimethylplatinum. The carbon-tungsten composite can be obtained using naphthalene and W (CO) 6 precursors. A precursor of (methylcyclopentadienyl) trimethylplatinum and W (CO) 6 can be used to obtain a platinum-tungsten composite, and a precursor of naphthalene and TEOS or TMCTS or HMCHS can be used to form a carbon- Complex can be obtained.

유전 증착물의 "경도"를 조절하는 것이 가능하며, 이는 전형적으로 실록산-기재 전구체 및 산화제를 사용하여 수행된다. 높은 농도의 산화제는 완전 포화된 SiO2 화학량론을 갖는 증착 층을 유발할 것이지만, 고갈량의 산화제로 증착된 층은 완전 포화되지 않을 것이며, 화학량론 SiOx (X < 2)를 가질 것이다. 임의의 하기 실록산-산화제 조합이 이러한 조정에 적합하다: TEOS (테트라에틸오르토실리케이트) 및 O2; N2O를 포함하는 TMCTS (테트라메틸시클로테트라실록산); 및 HMCHS (헥사메틸시클로헥사실록산) 및 물. 그러나, 임의의 상기 실록산은 임의의 상기 산화제와 함께 사용될 수 있다.It is possible to control the "hardness" of the dielectric deposition, which is typically accomplished using a siloxane-based precursor and an oxidizing agent. A high concentration of oxidant will induce a deposition layer with a fully saturated SiO 2 stoichiometry, but a layer of depleted oxidant will not fully saturate and will have a stoichiometry of SiO x (X <2). Any of the following siloxane-oxidant combinations are suitable for this adjustment: TEOS (tetraethyl orthosilicate) and O 2 ; TMCTS (tetramethylcyclotetrasiloxane) containing N 2 O; And HMCHS (hexamethylcyclohexasiloxane) and water. However, any of the above siloxanes may be used with any of the above oxidizing agents.

가변적인 경도를 갖는 유전체 층을 증착시키기 위해 임의의 하기 1차 이온: O+, O2 +, O3 +, N+, N2 +, H2O+, H2O2 +, N2O+, NO+, NO2 +를 생성하는 플라즈마 FIB 기기가 잠재적으로 실록산 전구체와 함께 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 산화제는 상기 1차 빔 종 그 자체일 수 있다. 따라서, 증착된 층은 상기 증착 공정 동안 빔 전류 밀도, 전구체 플럭스(flux) 및/또는 이온 빔 에너지를 조절함으로써, 범위가 완전 포화된 SiO2 화학량론에서부터 덜 포화된 SiOx (X < 2) 화학량론까지 이르게 될 수 있다.In order to deposit a dielectric layer with variable hardness, any of the following primary ions: O + , O 2 + , O 3 + , N + , N 2 + , H 2 O + , H 2 O 2 + , N 2 O + , NO & lt ; + & gt ; , NO &lt; 2 + & gt ; can potentially be used with the siloxane precursor. In this case, the oxidant may be the primary beam species itself. Thus, the deposited layer can be adjusted from the fully saturated SiO 2 stoichiometry to the less saturated SiO x stoichiometry by adjusting the beam current density, the precursor flux and / or the ion beam energy during the deposition process (X &lt; 2) stoichiometry.

상기 예는 물질 "경도" 또는 이온 빔으로부터의 스퍼터링에 대한 저항력을 조절하는 것을 논의하지만, 동일한 방법을 사용하여 다른 물질 특성 또한 조절가능함을 이해해야 한다. 예를 들어, 유전체 필름의 저항률은 산화제 농도가 증가함에 따라 증가할 것이다. 따라서, 실록산-산화제 혼합물을 제어함으로써, 사용자는 보다 큰 또는 보다 작은 전기 전도도를 갖는 필름을 증착시킬 수 있다. 증착된 필름의 광학 투과도는 전구체 혼합에 의해 조절될 수 있는 또 다른 특성이다. 또한, 상기 개시된 방법을 사용한 물질 증착은 레이저-보조된 전구체 분해에 의해 또는 가열된 표면 상에서의 열 분해에 의해 얻어질 수 있다.It is to be understood that the above example discusses controlling the resistance to sputtering from the material "hardness" or ion beam, but other material properties can also be controlled using the same method. For example, the resistivity of a dielectric film will increase as the oxidant concentration increases. Thus, by controlling the siloxane-oxidant mixture, the user can deposit films with greater or lesser electrical conductivity. The optical transmittance of the deposited film is another property that can be controlled by precursor blending. In addition, material deposition using the disclosed method can be obtained by laser-assisted precursor decomposition or by thermal decomposition on a heated surface.

본 발명의 제2의 바람직한 구현예에 따르면, 기판, 예컨대 반도체 웨이퍼는 FIB 칼럼 및 SEM 칼럼 둘 모두를 갖는 이중-빔 FIB/SEM 시스템 내로 로딩된다. 전형적인 이중-빔 시스템 구성은 수직 축을 갖는 전자 칼럼 및 상기 수직 축에 대해 기울여진 (통상적으로 대략 52°의 기울기의) 축을 갖는 이온 칼럼을 포함한다. 이러한 하나의 시스템은 본 발명의 양수인인 에프이아이 컴파니(FEI Company) (미국 오리건주 힐스보로 소재)로부터 상업적으로 입수가능한 헬리오스(Helios) 패밀리의 듀얼빔(DualBeam)TM 시스템이다.According to a second preferred embodiment of the invention, a substrate, e.g. a semiconductor wafer, is loaded into a dual-beam FIB / SEM system having both a FIB column and a SEM column. A typical dual-beam system configuration includes an electron column with a vertical axis and an ion column with an axis tilted relative to the vertical axis (typically of about 52 degrees). One such system is the DualBeam TM system of the Helios family, commercially available from the assignee of the present invention, FEI Company (Hillesboro, Oreg.).

도 21은 본 발명을 실시하기에 적합한 전형적인 이중-빔 FIB/SEM 시스템(2110)을 나타낸다. 시스템(2110)은 액체 금속 이온 공급원(2114) 또는 다른 이온 공급원 및 집속 칼럼(2116)이 그 내부에 위치된 상부 목부(upper neck portion)(2112)를 갖는 배기된 인벨로프(envelope)를 포함한다. 전자 빔 및 레이저 시스템뿐만 아니라 다른 유형의 이온 공급원, 예컨대 멀티커스프(multicusp) 또는 다른 플라즈마 공급원, 및 다른 광학 칼럼, 예컨대 성형 빔 칼럼이 또한 사용될 수 있다.Figure 21 shows a typical dual-beam FIB / SEM system 2110 suitable for practicing the present invention. The system 2110 includes an evacuated envelope having an upper neck portion 2112 with a liquid metal ion source 2114 or other ion source and a focusing column 2116 located therein. do. Other types of ion sources, such as multicusp or other plasma sources, as well as electron beams and laser systems, and other optical columns, such as shaped beam columns, may also be used.

이온 빔(2118)은 액체 금속 이온 공급원(2114)로부터 이온 빔 집속 칼럼(2116)을 통해 그리고 편향판(2120)에서 도식적으로 나타내어진 정전기적 편향 도구들 사이로 기판 또는 피가공물(2122) (이는, 예를 들어 저부 챔버(2126) 내 스테이지(2124) 상에 위치된 반도체 장치를 포함함) 쪽으로 통과한다. 스테이지(2124)는 또한 하나 이상의 TEM 샘플 홀더를 지지하여, 샘플이 상기 반도체 장치로부터 추출되어 TEM 샘플 홀더로 이동할 수 있도록 할 수 있다. 스테이지(2124)는 바람직하게는 수평면 (X축 및 Y축)으로 그리고 수직으로 (Z축) 이동할 수 있다. 일부 시스템에서, 스테이지(2124)는 또한 대략 60°기울여지며, Z축 주위를 회전할 수 있다. 시스템 제어기(2119)는 FIB 시스템(2110)의 다양한 부분의 작동을 제어한다. 시스템 제어기(2119)를 통해, 사용자는 이온 빔(2118)이 종래의 사용자 인터페이스 (제시되지 않음)로 입력되는 명령을 통해 목적하는 방식으로 스캐닝되도록 제어할 수 있다. 별법으로, 시스템 제어기(2119)는 컴퓨터 판독가능한 메모리, 예컨대 RAM, ROM, 또는 자기 또는 광학 디스크에 저장된 프로그래밍된 지시사항에 따라 FIB 시스템(2110)을 제어할 수 있다. 상기 메모리는 상기 기재된 방법을 자동화 또는 반-자동화된 방식으로 수행하기 위한 지시사항을 저장할 수 있다. SEM으로부터의 이미지는, 처리를 계속해야 하는 시점, 처리를 중단해야 하는 시점 및 밀링을 위한 상기 빔을 위치시키는 위치를 결정하기 위한 소프트웨어에 의해 인식될 수 있다.The ion beam 2118 is transmitted from the liquid metal ion source 2114 through the ion beam focusing column 2116 and between the electrostatic deflection tools schematically represented in the deflection plate 2120 by a substrate or a workpiece 2122, For example, a semiconductor device located on the stage 2124 in the bottom chamber 2126). Stage 2124 may also support one or more TEM sample holders such that the sample can be extracted from the semiconductor device and moved to a TEM sample holder. The stage 2124 is preferably movable in a horizontal plane (X and Y axes) and vertically (Z axes). In some systems, the stage 2124 is also tilted by about 60 ° and can rotate about the Z axis. The system controller 2119 controls the operation of various parts of the FIB system 2110. Through the system controller 2119, a user can control that the ion beam 2118 is scanned in a desired manner through a command input to a conventional user interface (not shown). Alternatively, the system controller 2119 may control the FIB system 2110 in accordance with programmed instructions stored in a computer-readable memory, e.g., RAM, ROM, or magnetic or optical disk. The memory may store instructions for performing the method described above in an automated or semi-automated manner. The image from the SEM can be recognized by software for determining when to continue processing, when to stop processing, and where to position the beam for milling.

예를 들어, 사용자는 위치지정(pointing) 장치를 사용하여 관심 영역을 디스플레이 스크린 상에 기술할 수 있고, 이어서 상기 시스템은 샘플을 추출하기 위한 하기 기재된 단계들을 자동으로 수행할 수 있다. 일부 구현예에서, FIB 시스템(2110)은 관심 영역을 자동으로 확인하기 위해 이미지 인식 소프트웨어, 예컨대 코그넥스 코포레이션 (미국 메사추세츠주 마티크 소재)으로부터 상업적으로 입수가능한 소프트웨어를 포함하며, 이어서 상기 시스템은 본 발명에 따라 샘플을 수동으로 또는 자동으로 추출할 수 있다. 예를 들어, 상기 시스템은 다수의 장치를 포함하는 반도체 웨이퍼 상에 유사한 형태를 자동으로 위치시킬 수 있으며, 이러한 형태의 샘플을 상이한 (또는 동일한) 장치 상으로 가지고 간다.For example, a user may use a pointing device to describe a region of interest on a display screen, and then the system can automatically perform the steps described below for extracting samples. In some implementations, the FIB system 2110 includes image recognition software, such as commercially available software from Cognex Corporation (Matsik, MA, USA), to automatically identify regions of interest, The sample can be extracted manually or automatically according to the invention. For example, the system can automatically locate a similar shape on a semiconductor wafer comprising a plurality of devices, taking samples of this type onto different (or the same) devices.

상부 목부(2112)를 배기시키기 위해 이온 펌프(2128)이 이용된다. 저부 챔버(2126)은 진공 제어기(2132)의 제어 하에 터보 분자식 및 기계식 펌핑 시스템(2130)을 사용하여 배기된다. 상기 진공 시스템은 저부 챔버(2126) 내에 대략 1 x 10-7 Torr (1.3 x 10-7 mbar) 내지 5 x 10-4 Torr (6.7 x 10-4 mbar)의 진공을 제공한다. 상기 증착 전구체 가스의 경우, 또는 에칭-보조 가스 또는 에칭-억제 가스가 사용되는 경우, 상기 챔버 배경 압력은 전형적으로 약 1 x 10-5 Torr (1.3 x 10-5 mbar)로 상승할 수 있다.An ion pump 2128 is used to evacuate the upper neck portion 2112. The bottom chamber 2126 is evacuated using a turbo molecular and mechanical pumping system 2130 under the control of a vacuum controller 2132. The vacuum system provides a vacuum of about 1 x 10 -7 Torr (1.3 x 10 -7 mbar) to about 5 x 10 -4 Torr (6.7 x 10 -4 mbar) in the bottom chamber (2126). In the case of the deposition precursor gas, or when an etch-assist gas or an etch-suppression gas is used, the chamber background pressure can typically rise to about 1 x 10 -5 Torr (1.3 x 10 -5 mbar).

고전압 전원장치(2134)는 대략 1 keV 내지 60 keV 이온 빔(2118)을 형성하고, 이를 샘플 쪽으로 향하게 하도록 액체 금속 이온 공급원(2114)뿐만 아니라 이온 빔 집속 칼럼(2116) 내 적절한 전극에 연결된다. 패턴 발생기(2138)에 의해 제공되는 소정의 패턴에 따라 작동되는 편향 제어기 및 증폭기(2136)은 편향판(2120)에 연결되며, 이에 의해 패턴 발생기(2138)에 의해 제공된 이온 빔(2118)은 편향판(2120)에 연결되며, 이에 의해 이온 빔(2118)은 피가공물(2122)의 상부 표면 상의 상응하는 패턴의 흔적을 찾도록 수동으로 또는 자동으로 제어될 수 있다. 일부 시스템에서, 상기 편향판은 당업계에 널리 공지되어 있는 바와 같이 최종 렌즈 전에 위치된다. 이온 빔 집속 칼럼(2116) 내의 빔 블랭킹 전극(beam blanking electrode) (제시되지 않음)은, 블랭킹 제어기 (제시되지 않음)가 상기 블랭킹 전극에 블랭킹 전압을 가하는 경우 이온 빔(2118)이 표적(2122) 대신에 블랭킹 개구 (제시되지 않음) 상에 충격을 주도록 한다.The high voltage power supply 2134 forms an approximately 1 keV to 60 keV ion beam 2118 and is connected to a suitable electrode in the ion beam focusing column 2116 as well as a liquid metal ion source 2114 to direct it towards the sample. The deflection controller and amplifier 2136 operated in accordance with the predetermined pattern provided by the pattern generator 2138 is connected to the deflection plate 2120 so that the ion beam 2118 provided by the pattern generator 2138 is deflected Plate 2120 so that the ion beam 2118 can be manually or automatically controlled to look for a trace of a corresponding pattern on the upper surface of the workpiece 2122. [ In some systems, the deflector plate is positioned before the final lens as is well known in the art. A beam blanking electrode (not shown) in the ion beam focusing column 2116 is used to cause the ion beam 2118 to move to the target 2122 when a blanking controller (not shown) applies a blanking voltage to the blanking electrode. Instead, an impact is applied on the blanking opening (not shown).

상기 액체 금속 이온 공급원(2114)는 전형적으로 갈륨 금속 이온 빔을 제공한다. 상기 공급원은 상기 피가공물(2122)를 이온 밀링, 증진된 에칭, 물질 증착에 의해 개질하기 위해 또는 상기 피가공물(2122)의 이미지화를 목적으로, 전형적으로 피가공물(2122)에 10-1 마이크로미터 너비 빔으로 집속될 수 있다. 목적하는 경우, 하전 입자 검출기(2140)은 드라이브 신호를 비디오 모니터(2144)에 공급하는 비디오 회로(2142)에 연결되어 2차 이온 또는 전자 방출을 검출하고, 편향 신호를 제어기(2119)로부터 받도록 사용될 수 있다.The liquid metal ion source 2114 typically provides a gallium metal ion beam. The source for the purpose of imaging of the work piece 2122 to ion milling, promoting the etching, or the to-be-modified by the material deposited to the workpiece 2122, typically from 10 -1 to the processing member 2122 microns Can be focused into a wide beam. The charged particle detector 2140 is coupled to a video circuit 2142 that provides a drive signal to the video monitor 2144 to detect secondary ions or electron emissions and to be used to receive a deflection signal from the controller 2119 .

저부 챔버(2126) 내의 하전 입자 검출기(2140)의 위치는 다양한 구현예에서 달라질 수 있다. 예를 들어, 하전 입자 검출기(2140)은 이온 빔과 동축일 수 있으며, 이온 빔이 통과하도록 하기 위한 홀을 포함한다. 다른 구현예에서, 최종 렌즈를 통해 2차 입자가 수집된 다음, 수집을 위한 축에서 벗어나 우회될 수 있다. 주사 전자 현미경 (SEM)(2141)은 그의 전원장치 및 제어기(2145)와 함께 임의로 상기 FIB 시스템(2110)과 함께 제공된다.The location of the charged particle detector 2140 in the bottom chamber 2126 may vary in various implementations. For example, the charged particle detector 2140 may be coaxial with the ion beam and includes a hole for the ion beam to pass through. In other embodiments, secondary particles may be collected through the final lens and then diverted off the axis for collection. A scanning electron microscope (SEM) 2141 is optionally provided with the FIB system 2110 together with its power supply and controller 2145.

가스 전달 시스템(2146)은 가스 증기를 피가공물(2122) 쪽으로 도입하고 향하게 하기 위해 저부 챔버(2126)로 연장된다. 본 발명의 양수인에게 양도된 미국 특허 제5,851,413호 (Casella et al., "Gas Delivery Systems for Particle Beam Processing")는 적합한 가스 전달 시스템(2146)을 기재한다. 또 다른 가스 전달 시스템은 본 발명의 양수인에게 또한 양도된 미국 특허 제5,435,850호 (Rasmussen, "Gas Injection System")에 기재되어 있다. 예를 들어, 에칭을 증진시키기 위해 아이오딘이 전달될 수 있거나, 또는 금속을 증착시키기 위해 금속 유기 화합물이 전달될 수 있다.A gas delivery system 2146 extends into the bottom chamber 2126 to introduce and direct gas vapors toward the workpiece 2122. U.S. Patent No. 5,851,413 (Casella et al., "Gas Delivery Systems for Particle Beam Processing") assigned to the assignee of the present invention describes a suitable gas delivery system 2146. Another gas delivery system is described in U.S. Patent No. 5,435,850 (Rasmussen, "Gas Injection System ", also assigned to the assignee of the present invention). For example, the iodine may be delivered to enhance etching, or the metal organic compound may be delivered to deposit the metal.

미세조작기(2147), 예컨대 본 발명의 양수인인 에프이아이 (미국 오리건주 힐스보로 소재)로부터의 이지리프트(EasyLift) 미세조작기는 상기 진공 챔버 내에서 물체를 정밀하게 이동시킬 수 있다. 미세조작기(2147)은 상기 진공 챔버 내에 위치된 부분(2149)의 X, Y, Z 및 세타 제어를 제공하기 위한 상기 진공 챔버 외부에 위치된 정밀 전동기(2148)을 포함할 수 있다. 상기 미세조작기(2147)은 작은 물체를 조작하기 위한 상이한 엔드 이펙터(end effector)를 구비할 수 있다. 하기 기재된 구현예에서, 상기 엔드 이펙터는 얇은 프로브(2150)이다. 상기 얇은 프로브(2150)은, 전하를 상기 프로브(2150)에 가하여 샘플과 상기 프로브 사이의 인력을 제어하기 위한 시스템 제어기(2119)에 전기적으로 연결될 수 있다.A micro-manipulator 2147, such as an EasyLift micro-manipulator from F.I.A., the assignee of the present invention (Hillesboro, Oreg., USA), can precisely move an object within the vacuum chamber. The micromanipulator 2147 may include a precision motor 2148 located outside the vacuum chamber to provide X, Y, Z and theta control of the portion 2149 located within the vacuum chamber. The micro manipulator 2147 may have different end effectors for manipulating small objects. In the embodiment described below, the end effector is a thin probe 2150. The thin probe 2150 may be electrically coupled to a system controller 2119 for applying charge to the probe 2150 to control attraction between the sample and the probe.

도어(2160)은 피가공물(2122)를 X-Y 스테이지(2124) (이는 가열 또는 냉각될 수 있음) 상에 삽입하기 위해, 그리고 또한 사용되는 경우 내부 가스 공급 저장소를 제공하기 위해 개방된다. 상기 도어는 상기 시스템이 진공 하에 있는 경우 개방될 수 없도록 연동(interlocking)된다. 일부 구현예에서, 대기 웨이퍼 취급 시스템이 이용될 수 있다. 상기 고전압 전원장치는 이온 빔(2118)의 동력을 공급하고 집속하기 위해 이온 빔 집속 칼럼(2116) 내 전극에 적절한 가속 전압을 제공한다. 이온 빔이 피가공물(2122)에 부딪히는 경우, 물질이 상기 샘플로부터 스퍼터, 즉 물리적으로 분사된다. 별법으로, 이온 빔(2118)은 물질을 증착시키기 위해 전구체 가스를 분해할 수 있다. 집속 이온 빔 시스템은, 예를 들어 본 출원의 양수인인 에프이아이 컴파니 (미국 오리건주 힐스보로 소재)로부터 상업적으로 입수가능하다. 적합한 하드웨어의 예가 상기 제공되었지만, 본 발명은 임의의 특정한 유형의 하드웨어에서 실행되는 것으로 제한되지 않는다.The door 2160 is open to insert the workpiece 2122 onto the X-Y stage 2124 (which can be heated or cooled) and, if used, also to provide an internal gas supply reservoir. The door is interlocked so that it can not be opened if the system is under vacuum. In some embodiments, a standby wafer handling system may be used. The high voltage power supply provides an appropriate acceleration voltage to the electrodes in the ion beam focusing column 2116 to power and focus the ion beam 2118. When the ion beam hits the workpiece 2122, material is sputtered, i. E., Physically, from the sample. Alternatively, the ion beam 2118 can decompose the precursor gas to deposit the material. The focused ion beam system is commercially available, for example, from the assignee of the present application, F.I.Company (Hillesboro, Oreg.). While examples of suitable hardware are provided above, the present invention is not limited to being implemented in any particular type of hardware.

이러한 구현예에서, 물질 증착은 2개 이상의 별개 층의 보호 캡핑 물질을 형성함으로써 수행될 수 있다. 사용자는 처음에 "보다 연질"인 물질이 기저 기판과 직접 접촉되게 증착시키도록 선택할 수 있고, 이어서 두번째로 "보다 경질"인 층이 상기 제1 층의 상단에 증착될 수 있다. 보다 경질의 상단 층은 이온 빔으로부터의 침식에 견딜 것이며, 보다 연질의 바닥 층은 단면 절취 아티팩트를 방지할 것이다. 특히, 상기 바닥 층이 상기 기저 물질의 스퍼터 속도에 매칭되도록 선택될 수 있는 경우, 단면 절취 아티팩트의 위험이 최소화될 수 있다. 다른 경우에, 처음에 보다 경질의 물질이 증착되고, 이어서 보다 연질의 물질이 증착되도록 상기 순서는 역전될 수 있다. 이러한 배열은 FIB가 경질의 물질, 예컨대 다이아몬드, 탄소 또는 탄화규소를 밀링하는 경우에 선호될 수 있다.In this embodiment, material deposition can be performed by forming two or more separate layers of protective capping material. The user may choose to initially deposit the "softer" material in direct contact with the underlying substrate, and then a second, "harder" layer may be deposited on top of the first layer. The harder top layer will withstand erosion from the ion beam, and a softer bottom layer will prevent cross-section artifacts. In particular, if the bottom layer can be selected to match the sputter speed of the base material, the risk of cross-section artifacts can be minimized. In other cases, the order may be reversed such that a harder material is first deposited first, followed by a more flexible material. This arrangement may be preferred when the FIB mills hard materials such as diamond, carbon or silicon carbide.

예를 들어, 도 22에서 보여지는 바와 같이, 라멜라 기판(1200)은 관심 영역이 일반적으로 위치되는 상단 표면 근처의 상기 기판(1200)의 상부 영역에 대한 손상을 방지하기 위해, 바람직하게는 전자 빔 유도 증착 (EBID)을 사용하여 처음에 기판(1200)의 상단 표면 상에 증착되는 바닥 층(1202)를 갖는 물질의 보호 층을 갖는다. 별법은 낮은 에너지 (<8 keV)의 IBID를 사용하는 것이며, 이는 또한 상기 상단 표면에 대한 매우 낮은 손상을 유발한다. 일부 공정에서, EBID보다는, 낮은 에너지의 FIB 증착이 사용된다. 이러한 제1 바닥 층 물질(1202)는 특히 10 내지 45도 벗어난 경사각(glancing angle) 작동 체제의 <5kV FIB에서 상기 기판(1200) 물질의 에칭 속도에 가능한 한 근접하게 매칭되도록 선택된다. 규소 (Si)-기재 샘플의 경우, 이러한 바닥 층(1202)는 바람직하게는 산화규소 물질 유형, 예컨대 TEOS (IDEP), TEOS+H20 (IDEP2), TEOS+O2, HMCHS, HMCHS+O2 (IDEP3), HMCHS/H2O 및 HMCHS/N2O, TMCTS, TMCTS+O2, 및/또는 TMCTS/H2O, TMCTS/N2O이다. 이어서, 상단 층 물질(1204)는 이온 빔 유도 증착 (IBID)을 사용하여 상기 바닥 층(1202)의 상단 상에 증착된다. 상기 상단 층 물질(1204)는 상기 기판(1200) 물질보다 더 낮은 에칭 속도를 갖도록 선택되어 라멜라 박막화 공정 동안 보호를 제공하고, 아티팩트가 샘플의 외부 표면 상에 형성되는 것을 방지한다.For example, as shown in FIG. 22, a lamellar substrate 1200 is preferably used to prevent damage to the upper region of the substrate 1200 near the top surface where the region of interest is typically located, Has a protective layer of material having a bottom layer 1202 deposited initially on the top surface of the substrate 1200 using inductive deposition (EBID). The alternative is to use an IBID of low energy (< 8 keV), which also causes very low damage to the top surface. In some processes, low energy FIB deposition is used rather than EBID. This first bottom layer material 1202 is selected to match as closely as possible to the etch rate of the substrate 1200 material in a < 5kV FIB of a glancing angle operating system, especially between 10 and 45 degrees off. Silicon (Si) - For the described sample, this bottom layer 1202 is preferably a silicon oxide material type, for example, TEOS (IDEP), TEOS + H 2 0 (IDEP2), TEOS + O 2, HMCHS, HMCHS + O 2 (IDEP3), a HMCHS / H 2 O and HMCHS / N 2 O, TMCTS, TMCTS + O 2, and / or TMCTS / H 2 O, TMCTS / N 2 O. The top layer material 1204 is then deposited on top of the bottom layer 1202 using ion beam induced deposition (IBID). The top layer material 1204 is selected to have a lower etch rate than the substrate 1200 material to provide protection during the lamellar thinning process and to prevent artifacts from being formed on the outer surface of the sample.

목적하는 경우, 1개 초과의 상단 층이 증착될 수 있다. 상기 상단 층 또는 층들은 바람직하게는 텅스텐, 탄소 또는 백금이다. 예로서, 탄소는 저-kV FIB 밀링에 대한 우수한 저항력을 가지며, 이는 탁월한 보호에 기여하지만, 라멜라를 휘어지게 할 수 있는 상당한 내부 응력을 갖는다. 따라서, 순수한 탄소 층은 바람직하지 않다. 그러나, 도 23에서 보여지는 바와 같이, 기판(1300)은 도 22에 관하여 논의된 층(1202)와 유사한 물질의 바닥 층(1302)를 포함하는 보호 층을 갖는다. 보다 두꺼운 텅스텐 층(1306) (예를 들어, 400 nm 정도)의 상단 상의 얇은 탄소 층(1304) (예를 들어, 30 kV 처리 후의 100 nm C 층)는 텅스텐 단독보다 양호하게 저-kV FIB 조사를 견뎌낼 것이고, 상기 텅스텐은 라멜라에 대한 강성을 제공할 것이다. 라멜라 측벽에 대한 상기 FIB 빔의 각인 35°의 방목 범위에서, 규소 기판 에칭 속도는 텅스텐과 비교하여 극적으로 증가하며, 이는 전형적으로 샘플 표면 아래의 수백 nm 영역보다 훨씬 더 두꺼운 라멜라 상단부를 만드는 골프-티 효과를 유발한다. 규소 및 텅스텐의 각-의존성 스퍼터 속도의 정성적 플롯은 하기 표에서 알 수 있다.If desired, more than one top layer may be deposited. The top layer or layers are preferably tungsten, carbon or platinum. As an example, carbon has excellent resistance to low-kV FIB milling, which contributes to excellent protection, but has significant internal stress that can bend the lamella. Thus, a pure carbon layer is undesirable. 23, the substrate 1300 has a protective layer comprising a bottom layer 1302 of a material similar to the layer 1202 discussed with respect to FIG. A thin carbon layer 1304 (e.g., a 100 nm C layer after 30 kV treatment) on top of a thicker tungsten layer 1306 (e.g., about 400 nm) is better than a tungsten alone by a low-kV FIB irradiation And the tungsten will provide stiffness to the lamella. In the grazing area of the FIB beam impinging the FIB beam to the lamella side walls, the silicon substrate etch rate increases dramatically compared to tungsten, which is typically less than the golf- Te effect. The qualitative plots of angle-dependent sputtering rates of silicon and tungsten are shown in the following table.

하기 표 1 및 2는 5 kV 갈륨 이온으로부터의 스퍼터 및 부피 수율을 나타낸다. 표 1 및 2로부터의 데이터는 도 27a 및 27b에 도표화된다.Tables 1 and 2 below show the sputter and volume yields from 5 kV gallium ions. The data from Tables 1 and 2 are tabulated in Figures 27A and 27B.

스퍼터 수율 (SRIM)Sputter yield (SRIM) 부피 수율, nm3/이온Volume yield, nm 3 / ion bracket SiSi WW SiSi WW 4545 4.084.08 6.826.82 6.44E-056.44E-05 1.37E-041.37E-04 5050 5.015.01 7.077.07 7.90E-057.90E-05 1.42E-041.42E-04 5555 6.466.46 7.147.14 1.02E-041.02E-04 1.43E-041.43E-04 6060 8.148.14 7.247.24 1.28E-041.28E-04 1.45E-041.45E-04 6262 8.878.87 7.177.17 1.40E-041.40E-04 1.44E-041.44E-04 6464 9.49.4 7.67.6 1.48E-041.48E-04 1.53E-041.53E-04 6666 10.0810.08 7.537.53 1.59E-041.59E-04 1.51E-041.51E-04 6868 10.9910.99 7.547.54 1.73E-041.73E-04 1.51E-041.51E-04 7070 11.611.6 7.447.44 1.83E-041.83E-04 1.49E-041.49E-04 7575 12.9412.94 7.297.29 2.04E-042.04E-04 1.46E-041.46E-04 8080 13.2213.22 6.556.55 2.09E-042.09E-04 1.32E-041.32E-04 8282 12.6312.63 6.16.1 1.99E-041.99E-04 1.23E-041.23E-04 8484 12.0912.09 5.655.65 1.91E-041.91E-04 1.14E-041.14E-04 8585 11.4711.47 5.475.47 1.81E-041.81E-04 1.10E-041.10E-04 8686 10.6810.68 5.045.04 1.69E-041.69E-04 1.01E-041.01E-04 8787 9.9929.992 4.724.72 1.58E-041.58E-04 9.48E-059.48E-05

45°에서 Si에 대한 스퍼터 속도The sputter rate for Si at 45 [deg. bracket SiSi WW 4545 1.001.00 2.132.13 4040 1.231.23 2.212.21 3535 1.581.58 2.232.23 3030 2.002.00 2.262.26 2828 2.172.17 2.242.24 2626 2.302.30 2.372.37 2424 2.472.47 2.352.35 2222 2.692.69 2.352.35 2020 2.842.84 2.322.32 1515 3.173.17 2.282.28 1010 3.243.24 2.042.04 88 3.103.10 1.901.90 66 2.962.96 1.761.76 55 2.812.81 1.711.71 44 2.622.62 1.571.57 33 2.452.45 1.471.47

다층 증착 전략의 또 다른 구현예에서, 다수의 층이 교대의 구성으로 증착될 수 있다. 상이한 증착 물질의 다수 층의 적층은 평균으로서 2종의 개별 성분의 중간의 특성을 갖는 층을 유발할 수 있다. 개별 성분의 두께뿐만 아니라 층의 총 수를 조절함으로써, 사용자는 층의 목적하는 특성을 달성하기 위한 어느 정도의 조정가능성을 달성할 수 있다. 전형적으로, 목적하는 필름 특성은 개별 성분의 중간이다. 예를 들어, 특정 용도에 대해 백금이 너무 연질이고, 탄소가 너무 경질인 경우, 개별 성분 중 어느 하나의 균질 층보다, 교대의 백금 및 탄소 증착물의 다층 증착이 선호될 수 있다.In another embodiment of the multilayer deposition strategy, a plurality of layers can be deposited in an alternating configuration. The lamination of multiple layers of different deposition materials can, on average, result in a layer having intermediate properties of the two individual components. By adjusting the thickness of the individual components as well as the total number of layers, the user can achieve some degree of coordination to achieve the desired properties of the layer. Typically, the desired film properties are in the middle of the individual components. For example, if platinum is too soft and the carbon is too hard for a particular application, multilayer deposition of alternating platinum and carbon deposits may be preferred over either homogeneous layer of individual components.

도 24는 기판(1400)이 물질(1404, 1406)의 교대 층을 갖는 보호 층(1402)를 포함하는 물질 증착의 구현예를 나타내며, 여기서 상기 보호 층 물질(1402)의 에칭 속도는 별개의 가스 화학을 사용하여 상기 물질(1404, 1406)의 교대의 얇은 층을 증착시킴으로써 "조정"되며, 이는 상기 개별 성분의 에칭 속도 사이인 에칭 속도를 갖는 교대의 "파르페-유사" 거대구조를 형성한다.24 illustrates an embodiment of material deposition in which the substrate 1400 includes a protective layer 1402 having alternating layers of materials 1404 and 1406 wherein the etch rate of the protective layer material 1402 is a separate gas Is "tuned" by depositing alternating thin layers of material 1404 and 1406 using chemistry, which forms an alternating "parfait-like" macrostructure with an etch rate that is between the etch rates of the individual components.

도 25는 기판(1500)의 상단과, SEM 증착된 산화규소 층(1506) 및 텅스텐의 상단 층(1508)인 희생 보호 층(1502) 사이의 윤곽묘사의 시각적 관찰을 위한, 텅스텐 층(1504)를 포함하는 별개 층의 희생 보호 층(1502)를 갖는 기판(1500)의 이미지를 나타낸다. 알 수 있는 바와 같이, 박막화 후에 "골프 티" 효과가 상기 희생 보호 층(1502) 내에 발생하지만, 기판(1500) 내에는 발생하지 않는다.25 shows a tungsten layer 1504 for visual observation of the top of the substrate 1500 and the contour depiction between the SEM deposited silicon oxide layer 1506 and the sacrificial protective layer 1502 which is the top layer 1508 of tungsten. And a sacrificial protective layer 1502 of a separate layer containing a sacrificial protective layer 1502. As can be seen, a "golf tee" effect occurs in the sacrificial protective layer 1502 after thinning, but does not occur within the substrate 1500.

도 26은 EBID TEOS 층, IBID 텅스텐 층 및 IBID 탄소 층을 갖는 규소 라멜라를 나타낸다.26 shows a silicon lamella with an EBID TEOS layer, an IBID tungsten layer and an IBID carbon layer.

도 12 내지 16의 상기 구현예에서, 기판 샘플에 유사한 에칭 속도를 갖는 희생 보호 층은 골프-티를 상기 보호 층 내 위로 그리고 관찰 및 분석용 관심 영역을 포함하는 기판의 상단으로부터 떨어져 이동시킨다.In the embodiment of Figures 12 to 16, the sacrificial protection layer having a similar etch rate to the substrate sample moves the golf tee up in the protective layer and away from the top of the substrate containing the region of interest for analysis and analysis.

도 28에서 보여지는 바와 같이, 본 발명은 (1600)에서 샘플이 선택된 빔 시스템 내로 로딩되는 물질 증착 방법을 제공한다. 물질 증착을 위해 적어도 2종의 전구체 가스가 제공된다(1602). 결정 블록(1604)에서, 물질을 별개 층으로 또는 복합 층으로서 증착시킬지 결정된다. 별개 층이 증착되는 경우(1606), 제1 층이 샘플 상에 증착(1608)된 다음, 또 다른 층이 증착(1610)된다. 오직 2개의 층만을 증착하고자 하는 경우, 종료(1612)로의 결정은 (1616)에서 결정되고, 상기 프로세스는 완료(1618)된다. 2개 초과의 층을 증착하고자 하는 경우, 종료가 아닌 것(1614)으로의 결정이 이루어지고, 상기 프로세스는 블록(1608)로 복귀하고, 종료로 결정(1616)되어 상기 프로세스를 완료(1618)할 때까지 지속된다. 복합 층을 증착하고자 하는 경우(1620), 상기 결정된 방안에 따라 적어도 2종의 전구체 가스가 혼합(1622)되고, 상기 복합 층이 상기 샘플 상에 증착(1624)되고, 상기 프로세스는 종료(1626)된다.As shown in FIG. 28, the present invention provides a method of material deposition in which a sample is loaded into a selected beam system (1600). At least two precursor gases are provided for material deposition (1602). At decision block 1604, it is determined whether to deposit the material as a separate layer or as a multiple layer. If a separate layer is deposited (1606), a first layer is deposited (1608) on the sample and then another layer is deposited (1610). If only two layers are desired to be deposited, a decision to end 1612 is made at 1616, and the process is complete 1618. If more than two layers are to be deposited, then a decision is made to not end 1614 and the process returns to block 1608 and a determination 1616 is made to end 1618 to complete the process. It continues until it does. If a composite layer is to be deposited 1620, at least two precursor gases are mixed 1622 according to the determined scheme and the composite layer is deposited 1624 onto the sample, do.

본 발명의 일부 구현예는Some embodiments of the present invention

전구체 가스를 피가공물 표면에 제공하는 단계; Providing a precursor gas to the surface of the workpiece;

하전 입자 빔을 기판 쪽으로 향하게 하여 상기 전구체 가스로부터 상이한 스퍼터 속도를 갖는 적어도 2종의 상이한 물질로 구성된, 관심 영역 위의 보호 층의 증착을 유도하는 단계; 및Directing the charged particle beam toward the substrate to induce deposition of a protective layer over the region of interest, the protective layer consisting of at least two different materials having different sputter velocities from the precursor gas; And

하전 입자 빔을 상기 기판 쪽으로 향하게 하여 상기 보호 층을 통과하며 밀링하여 상기 보호 층 아래의 상기 관심 영역을 노출시키는 단계Directing the charged particle beam toward the substrate and passing through the protective layer and milling to expose the region of interest below the protective layer

를 포함하는, 관찰을 위해 관심 영역을 노출시키기 위한 피가공물의 하전 입자 빔 처리 방법을 제공한다.A method for processing a charged particle beam of a workpiece for exposing a region of interest for observation.

일부 구현예에서, 전구체 가스를 피가공물 표면에 제공하는 단계, 및 하전 입자 빔을 기판 쪽으로 향하게 하여 상기 전구체 가스로부터 보호 층의 증착을 유도하는 단계는 In some embodiments, the step of providing a precursor gas to the surface of the workpiece and directing the charged particle beam toward the substrate to induce deposition of a protective layer from the precursor gas

제1 전구체 가스를 상기 피가공물 표면에 제공하는 단계;Providing a first precursor gas to the surface of the workpiece;

하전 입자 빔을 상기 기판 쪽으로 향하게 하여 상기 제1 전구체 가스로부터 제1 스퍼터 속도를 갖는 제1 물질의 증착을 유도하는 단계; Directing a charged particle beam toward the substrate to induce deposition of a first material having a first sputter rate from the first precursor gas;

제2 전구체 가스를 상기 피가공물 표면에 제공하는 단계; 및Providing a second precursor gas to the surface of the workpiece; And

상기 하전 입자 빔을 상기 기판 쪽으로 향하게 하여 제2 전구체 가스로부터 제2 스퍼터 속도를 갖는 제2 물질의 상기 제2 전구체 가스로부터의 증착을 유도하는 단계;Directing the charged particle beam toward the substrate to induce deposition from the second precursor gas of a second material having a second sputter rate from a second precursor gas;

이에 따라 상기 제1 물질 층 및 상기 제2 물질 층을 갖는 보호 층을 제조하는 단계Thereby forming a protective layer having the first material layer and the second material layer

를 포함한다..

일부 구현예에서, 상기 제1 물질은 산화규소를 포함한다.In some embodiments, the first material comprises silicon oxide.

일부 구현예에서, 상기 제2 물질은 텅스텐, 탄소 또는 백금을 포함한다.In some embodiments, the second material comprises tungsten, carbon, or platinum.

일부 구현예에서, 상기 보호 층은 교대의 물질 층을 포함한다.In some embodiments, the protective layer comprises a layer of alternating material.

일부 구현예에서, 하전 입자 빔을 상기 기판 쪽으로 향하게 하여 상기 보호 층을 통과하며 밀링하여 상기 보호 층 아래의 상기 관심 영역을 노출시키는 단계는 200 nm 미만의 두께를 갖는 라멜라를 제조하는 단계를 포함한다.In some embodiments, directing the charged particle beam toward the substrate and passing through the protective layer and milling to expose the region of interest below the protective layer comprises fabricating a lamella having a thickness of less than 200 nm .

일부 구현예에서, 상기 제1 물질의 스퍼터 속도는 상기 피가공물의 스퍼터 속도에 매칭되고, 상기 제2 물질의 스퍼터 속도는 상기 피가공물의 스퍼터 속도보다 더 낮다.In some embodiments, the sputter velocity of the first material is matched to the sputter velocity of the workpiece, and the sputter velocity of the second material is lower than the sputter velocity of the workpiece.

일부 구현예에서, 전구체 가스를 상기 피가공물 표면 보호 층에 제공하는 단계는 다종 가스 종의 혼합물을 제공하는 단계를 포함한다.In some embodiments, providing the precursor gas to the work surface protection layer comprises providing a mixture of multiple gas species.

일부 구현예에서, 상기 다종 가스 종의 혼합물은 백금 전구체 및 탄소 전구체의 혼합물을 포함한다.In some embodiments, the mixture of multiple gas species comprises a mixture of a platinum precursor and a carbon precursor.

일부 구현예에서, 상기 다종 가스 종의 혼합물은 백금 전구체 및 산화규소 전구체의 혼합물을 포함한다.In some embodiments, the mixture of multiple gas species comprises a mixture of a platinum precursor and a silicon oxide precursor.

일부 구현예에서, 상기 다종 가스 종의 혼합물 중의 상기 다종 가스 종의 상대적인 양은 상기 보호 층의 증착 동안 변화하며, 이에 따라 상기 보호 층의 상이한 깊이에서 상이한 조성을 갖는 보호 층을 제공한다.In some embodiments, the relative amount of the multi-species gas species in the mixture of multi-species gas species varies during deposition of the protective layer, thereby providing a protective layer having a different composition at different depths of the protective layer.

일부 구현예에서, 상기 피가공물 표면에서의 상기 보호 층의 부분은 상기 보호 층의 상단 부분보다 더 연질이다.In some embodiments, the portion of the protective layer at the surface of the workpiece is softer than the top portion of the protective layer.

일부 구현예에서, 하전 입자 빔을 상기 기판 쪽으로 향하게 하여 상기 보호 층을 통과하며 밀링하여 상기 보호 층 아래의 상기 관심 영역을 노출시키는 단계는 주사 전자 현미경 상에서의 관측을 위한 상기 피가공물 일부의 횡단면을 제조하는 단계를 포함한다.In some embodiments, directing the charged particle beam toward the substrate and passing through the protective layer and milling to expose the region of interest below the protective layer may include exposing the cross-section of the portion of the workpiece for observation on a scanning electron microscope .

일부 구현예는Some implementations

이온 빔 공급원을 포함하는 이온 빔 시스템;An ion beam system including an ion beam source;

이온 빔을 기판 상에 집속시키기 위한 이온 광학 칼럼; An ion optical column for focusing the ion beam onto the substrate;

전구체 가스를 피가공물 표면에 제공하기 위한 가스 공급원;A gas source for providing a precursor gas to the surface of the workpiece;

집속 이온 빔 시스템을 저장된 지시사항에 따라 제어하기 위한 프로세서; 및A processor for controlling the focused ion beam system according to stored instructions; And

상기 기재된 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 지시사항을 저장하는 컴퓨터-판독가능한 메모리A computer-readable memory for storing computer instructions for performing the methods described above,

를 포함하는, 피가공물을 분석하기 위한 집속 이온 빔 시스템을 제공한다.To provide a focused ion beam system for analyzing a workpiece.

상기 기재가 보호 층의 증착에 관한 것이며, 이 방법은 주로 견고하고 반복가능하여 자동화에 적합하지만, 상기 방법의 조작을 수행하는 장치가 추가로 본 발명의 범주 내에 있을 수 있음을 인식해야 한다. 상기 물질 증착 방법이 이중-빔 시스템을 사용하여 수행되는 것으로서 기재되었지만, 본원에 기재된 상기 물질 증착 방법은 임의의 이온 극성의 표준-단독 SEM 시스템 또는 표준-단독 FIB 시스템에 의해 수행될 수 있음을 이해해야 한다. 대부분의 빔 증착물은 완전히 순수하지 않고, 스퍼터 경도의 이론적 모델로부터의 편차를 유발할 수 있는 "불순물", 예컨대 전구체 단편, 탄화수소 혼입, 공극 및 밀도 변형을 함유할 수 있음을 또한 이해해야 한다. 또한, 본 발명의 구현예는 컴퓨터 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 이 둘 모두의 조합을 통해 실행될 수 있음을 인식해야 한다. 상기 방법은 컴퓨터 프로그램으로 구성된 컴퓨터-판독가능한 기억 매체 (여기서 기억 매체는 컴퓨터가 특정의 사전정의된 방식으로 작동하도록 구성됨)를 포함하는 표준 프로그래밍 기술을 사용하는 컴퓨터 프로그램으로 본 명세서에 기재된 상기 방법 및 도면에 따라 실행될 수 있다. 각각의 프로그램은 컴퓨터 시스템과 통신하기 위한 높은 수준의 절차적 또는 객체 지향 프로그래밍 언어로 실행될 수 있다. 그러나, 상기 프로그램은 목적하는 경우 어셈블리(assembly) 또는 기계 언어로 실행될 수 있다. 임의의 경우에, 상기 언어는 편집되거나 또는 해석된 언어일 수 있다. 게다가, 상기 프로그램은 그러한 목적으로 프로그래밍된 전용 집적 회로 상에서 실행할 수 있다.It is to be appreciated that the substrate relates to the deposition of a protective layer, which is primarily robust and repeatable and suitable for automation, but that the apparatus for carrying out the operation of the method may further be within the scope of the present invention. Although it has been described that the material deposition method is performed using a dual-beam system, it should be understood that the material deposition method described herein can be performed by a standard-only SEM system or a standard-only FIB system of any ionic polarity do. It should also be appreciated that most of the beam deposits are not completely pure and may contain "impurities ", such as precursor fragments, hydrocarbon inclusions, voids, and dense deformation that can cause deviations from the theoretical model of sputter hardness. It should also be appreciated that implementations of the invention may be implemented via computer hardware or software, or a combination of both. The method is a computer program using standard programming techniques comprising a computer-readable storage medium comprising a computer program, wherein the storage medium is configured to operate in a predetermined, predefined manner, Can be executed according to the drawings. Each program can be executed in a high-level procedural or object-oriented programming language for communicating with the computer system. However, the program may be executed in assembly or machine language, if desired. In any case, the language may be an edited or interpreted language. In addition, the program may be executed on dedicated integrated circuits programmed for such purposes.

본 발명의 바람직한 방법 또는 장치는 다수의 신규한 측면을 갖고, 본 발명은 상이한 목적으로 상이한 방법 또는 장치로 구현될 수 있기 때문에, 모든 측면이 모든 구현예에 존재할 필요가 있는 것은 아니다. 게다가, 상기 기재된 구현예의 다수의 측면은 개별적으로 특허성이 있을 수 있다. 본 발명은 넓은 적용가능성을 갖고, 상기 예에 기재되고 제시된 바와 같은 다수의 이점을 제공할 수 있다. 상기 구현예는 구체적인 용도에 따라 크게 달라질 것이고, 모든 구현예가 본 발명에 의해 달성가능한 이점 모두를 제공하고 목적 모두를 충족시키지는 않을 것이다.The preferred method or apparatus of the present invention has a number of novel aspects and not all aspects need to be present in all implementations since the invention can be implemented in different ways or apparatuses for different purposes. In addition, many aspects of the above described embodiments may be individually patentable. The present invention has broad applicability and can provide a number of advantages as described and illustrated in the above examples. The above embodiments will vary greatly depending on the specific use, and all embodiments will provide all of the advantages achievable by the present invention and will not satisfy all of the objects.

본 발명의 구현예가 컴퓨터 하드웨어, 하드웨어 및 소프트웨어 둘 모두의 조합을 통해, 또는 비-일시적인 컴퓨터-판독가능한 메모리에 저장된 컴퓨터 지시사항에 의해 실행될 수 있음을 인식해야 한다. 상기 방법은 컴퓨터 프로그램으로 구성된 비-일시적인 컴퓨터-판독가능한 기억 매체 (여기서 상기 기억 매체는 컴퓨터가 특정의 사전정의된 방식으로 작동되도록 구성됨)를 포함하는 표준 프로그래밍 기술을 사용하는 컴퓨터 프로그램으로 본 명세서에 기재된 방법 및 도면에 따라 실행될 수 있다. 각각의 프로그램은 컴퓨터 시스템과 통신하기 위한 높은 수준의 절차적 또는 객체 지향 프로그래밍 언어로 실행될 수 있다. 그러나, 상기 프로그램은 목적하는 경우 어셈블리 또는 기계 언어로 실행될 수 있다. 임의의 경우에, 상기 언어는 편집되거나 또는 해석된 언어일 수 있다. 게다가, 상기 프로그램은 그러한 목적으로 프로그래밍된 전용 집적 회로 상에서 실행할 수 있다.It should be appreciated that implementations of the invention may be implemented by computer hardware, a combination of both hardware and software, or by computer instructions stored in non-transitory computer-readable memory. The method is a computer program using standard programming techniques including a non-transitory computer-readable storage medium comprised of a computer program, wherein the storage medium is configured such that the computer is operated in a specific predefined manner. May be carried out according to the methods and drawings described. Each program can be executed in a high-level procedural or object-oriented programming language for communicating with the computer system. However, the program may be executed in assembly or machine language, if desired. In any case, the language may be an edited or interpreted language. In addition, the program may be executed on dedicated integrated circuits programmed for such purposes.

또한, 방법론은, 하전 입자 도구 또는 다른 이미지화 장치 등과 분리되거나, 이에 내장되거나 또는 이와 접속된 컴퓨터 플랫폼인 개인용 컴퓨터, 미니-컴퓨터, 본체(main-frame), 워크스테이션(workstation), 네트워킹 또는 분산 컴퓨팅 환경을 포함하나 이에 제한되지 않는 임의의 유형의 컴퓨팅 플랫폼(computing platform)으로 실행될 수 있다. 본 발명의 측면은 제거가능하거나 또는 상기 컴퓨팅 플랫폼, 예컨대 하드 디스크, 광학 판독 및/또는 기록 기억 매체, RAM, ROM 등에 내장되었는지 여부에 관계없이 비-일시적인 기억 매체 또는 장치 상에 저장된 기계 판독가능한 코드로 실행될 수 있으며, 이에 따라 이는 상기 기억 매체 또는 장치가 컴퓨터에 의해 판독되는 경우 본원에 기재된 절차를 수행하도록 상기 컴퓨터를 구성 및 작동하도록, 프로그래밍가능한 컴퓨터에 의해 판독가능하다. 게다가, 기계-판독가능한 코드 또는 이의 일부는 유선 또는 무선 네트워크 상에서 전송될 수 있다. 본원에 기재된 본 발명은, 이러한 매체가 상기 기재된 단계를 실행하기 위한 지시사항 또는 프로그램을 마이크로프로세서 또는 다른 데이터 프로세서와 함께 함유하는 경우 상기 및 다른 다양한 유형의 비-일시적 컴퓨터-판독가능한 기억 매체를 포함한다. 본 발명은 또한 본원에 기재된 방법 및 기술에 따라 프로그래밍되는 경우 상기 컴퓨터 그 자체를 포함한다.The methodology may also be implemented in a personal computer, a mini-computer, a mainframe, a workstation, a networking or distributed computing system, which is a computer platform separated from, embedded in or connected to a charged particle tool or other imaging device, Or any other type of computing platform including, but not limited to, a &lt; / RTI &gt; environment. Aspects of the present invention can be removed or stored on a non-transitory storage medium or device, whether or not embedded in the computing platform, such as a hard disk, optical read and / or write storage medium, RAM, ROM, So that it is readable by a programmable computer to configure and operate the computer to perform the procedures described herein when the storage medium or device is read by a computer. In addition, the machine-readable code or a portion thereof may be transmitted over a wired or wireless network. The invention described herein includes such and other various types of non-transitory computer-readable storage media if such medium contains instructions or programs for carrying out the steps described above, in conjunction with a microprocessor or other data processor do. The invention also includes the computer itself when programmed according to the methods and techniques described herein.

상기 용어 "피가공물", "샘플", "기판" 및 "시료"는 달리 명시되지 않는 한 본 출원에서 상호교환가능하게 사용된다. 또한, 용어 "자동의", "자동화된" 또는 유사 용어가 본원에 사용되는 경우마다, 이러한 용어는 상기 자동의 또는 자동화된 프로세스 또는 단계의 수동적인 작동을 포함하는 것으로 이해될 것이다.The terms "workpiece", "sample", "substrate" and "sample" are used interchangeably in this application unless otherwise specified. In addition, whenever the terms "automatic," "automated," or similar terms are used herein, such terms will be understood to include passive operation of the automated or automated process or step.

하기 논의 및 청구범위에서, 용어 "포함하는(including)" 및 "포함하는(comprising)"은 개방형(open-ended) 방식으로 사용되며, 따라서 ". . .을 포함하나, 이에 제한되지 않는"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 임의의 용어가 본 명세서에서 특별하게 정의되지 않는 정도로, 그 의도는 용어를 그의 보통의 일상적인 의미로 제공하고자 함이다. 첨부되는 도면은 본 발명의 이해를 보조하도록 의도되며, 달리 명시되지 않는 한, 스케일로 도시되지 않는다. 본 발명을 수행하기에 적합한 입자 빔 시스템은, 예를 들어 본 출원의 양수인인 에프이아이 컴파니로부터 상업적으로 입수가능하다.In the following discussion and in the claims, the terms "including" and "comprising" are used in an open-ended fashion and thus include, but are not limited to, " Should be construed as meaning. To the extent that any term is not specifically defined herein, the intention is to provide the term in its ordinary ordinary sense. The accompanying drawings are intended to aid in the understanding of the invention and are not to scale unless otherwise specified. Particle beam systems suitable for carrying out the present invention are commercially available, for example, from AIFI COMPANY, the assignee of the present application.

본 발명 및 이의 이점이 상세히 기재되었지만, 첨부되는 청구범위에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 다양한 변화, 치환 및 변경이 본원에 기재된 상기 구현예에 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 더욱이, 본 출원의 범주는 본 명세서에 기재된 프로세스, 기계, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법 및 단계의 특정한 구현예에 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 통상의 기술자가 본 발명의 개시내용을 쉽게 인식할 것처럼, 본원에 기재된 상응하는 구현예와 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 또는 실질적으로 동일한 결과를 달성하는, 현존하거나 또는 후에 개발될 프로세스, 기계, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법 또는 단계는 본 발명에 따라 이용될 수 있다. 따라서, 첨부되는 청구범위는 그의 범주 내에 이러한 프로세스, 기계, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법 또는 단계를 포함하도록 의도된다.While the invention and its advantages have been described in detail, it should be understood that various changes, substitutions and alterations can be made to the embodiments described herein without departing from the scope of the invention as defined by the appended claims. Moreover, the scope of the present application is not intended to be limited to the particular embodiments of the process, machine, manufacture, composition of matter, means, methods and steps described herein. It will be appreciated that those skilled in the art will readily appreciate that many modifications are possible, without departing from the scope of the present invention, as will be readily appreciated by one of ordinary skill in the art. , Composition of matter, means, method, or steps may be utilized in accordance with the present invention. Accordingly, the appended claims are intended to include within their scope such process, machine, manufacture, composition of matter, means, method or step.

Claims (14)

전구체 가스를 피가공물 표면에 제공하는 단계;
하전 입자 빔을 기판 쪽으로 향하게 하여 상기 전구체 가스로부터 상이한 스퍼터(sputter) 속도를 갖는 적어도 2종의 상이한 물질로 구성된, 관심 영역 위의 보호 층의 증착을 유도하는 단계; 및
하전 입자 빔을 상기 기판 쪽으로 향하게 하여 상기 보호 층을 통과하며 밀링하여 상기 보호 층 아래의 상기 관심 영역을 노출시키는 단계
를 포함하는, 관찰을 위해 관심 영역을 노출시키기 위한 피가공물의 하전 입자 빔 처리 방법.
Providing a precursor gas to the surface of the workpiece;
Directing the charged particle beam toward the substrate to induce deposition of a protective layer over the region of interest, the protective layer consisting of at least two different materials having different sputter rates from the precursor gas; And
Directing the charged particle beam toward the substrate and passing through the protective layer and milling to expose the region of interest below the protective layer
To expose a region of interest for observation. &Lt; Desc / Clms Page number 19 &gt;
제1항에 있어서, 전구체 가스를 피가공물 표면에 제공하는 단계 및 하전 입자 빔을 기판 쪽으로 향하게 하여 상기 전구체 가스로부터 보호 층의 증착을 유도하는 단계가
제1 전구체 가스를 상기 피가공물 표면에 제공하는 단계;
하전 입자 빔을 상기 기판 쪽으로 향하게 하여 상기 제1 전구체 가스로부터 제1 스퍼터 속도를 갖는 제1 물질의 증착을 유도하는 단계;
제2 전구체 가스를 상기 피가공물 표면에 제공하는 단계; 및
상기 하전 입자 빔을 상기 기판 쪽으로 향하게 하여 상기 제2 전구체 가스로부터 제2 스퍼터 속도를 갖는 제2 물질의 상기 제2 전구체 가스로부터의 증착을 유도하는 단계;
이에 따라 상기 제1 물질 층 및 상기 제2 물질 층을 갖는 보호 층을 제조하는 단계
를 포함하는 것인 방법.
The method of claim 1, further comprising the steps of providing a precursor gas to the surface of the workpiece and directing the charged particle beam toward the substrate to induce deposition of a protective layer from the precursor gas
Providing a first precursor gas to the surface of the workpiece;
Directing a charged particle beam toward the substrate to induce deposition of a first material having a first sputter rate from the first precursor gas;
Providing a second precursor gas to the surface of the workpiece; And
Directing the charged particle beam toward the substrate to induce deposition from the second precursor gas of a second material having a second sputter rate from the second precursor gas;
Thereby forming a protective layer having the first material layer and the second material layer
&Lt; / RTI &gt;
제2항에 있어서, 상기 제1 물질이 산화규소를 포함하는 것인 방법.3. The method of claim 2, wherein the first material comprises silicon oxide. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제2 물질이 텅스텐, 탄소 또는 백금을 포함하는 것인 방법.4. The method of claim 2 or 3, wherein the second material comprises tungsten, carbon or platinum. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 보호 층이 교대의 물질 층을 포함하는 것인 방법.4. The method of claim 2 or 3, wherein the protective layer comprises a layer of alternating material. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1 물질의 스퍼터 속도가 상기 피가공물의 스퍼터 속도에 매칭되고, 상기 제2 물질의 스퍼터 속도가 상기 피가공물의 스퍼터 속도보다 더 낮은 방법.4. The method of claim 2 or 3, wherein the sputter velocity of the first material matches the sputter velocity of the workpiece, and the sputter velocity of the second material is less than the sputter velocity of the workpiece. 제1항에 있어서, 전구체 가스를 상기 피가공물 표면 보호 층에 제공하는 단계가 다종 가스 종의 혼합물을 제공하는 단계를 포함하는 것인 방법.2. The method of claim 1, wherein providing the precursor gas to the work surface protection layer comprises providing a mixture of multiple gas species. 제7항에 있어서, 상기 다종 가스 종의 혼합물이 백금 전구체 및 탄소 전구체의 혼합물을 포함하는 것인 방법.8. The method of claim 7, wherein the mixture of multiple gas species comprises a mixture of a platinum precursor and a carbon precursor. 제7항에 있어서, 상기 다종 가스 종의 혼합물이 백금 전구체 및 산화규소 전구체의 혼합물을 포함하는 것인 방법.8. The method of claim 7, wherein the mixture of multiple gas species comprises a mixture of a platinum precursor and a silicon oxide precursor. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다종 가스 종의 혼합물 중의 상기 다종 가스 종의 상대적인 양이 상기 보호 층의 증착 동안 변화하며, 이에 따라 상기 보호 층의 상이한 깊이에서 상이한 조성을 갖는 보호 층을 제공하는 것인 방법. 10. A method according to any one of claims 7 to 9, characterized in that the relative amount of the multiple species of gas in the mixture of multiple gas species varies during the deposition of the protective layer, thus having a different composition at different depths of the protective layer Thereby providing a protective layer. 제2항 또는 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피가공물 표면에서의 상기 보호 층의 부분이 상기 보호 층의 상단 부분보다 더 연질인 방법.10. The method of any one of claims 2-7, wherein the portion of the protective layer at the surface of the workpiece is softer than the top portion of the protective layer. 제1항 내지 제3항 또는 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 하전 입자 빔을 상기 기판 쪽으로 향하게 하여 상기 보호 층을 통과하며 밀링하여 상기 보호 층 아래의 상기 관심 영역을 노출시키는 단계가 200 nm 미만의 두께를 갖는 라멜라(lamella)를 제조하는 단계를 포함하는 것인 방법.10. A method according to any one of claims 1 to 3 or 7 to 9, wherein the charged particle beam is directed toward the substrate and passes through the protective layer and milled to expose the region of interest below the protective layer Wherein the step comprises producing a lamella having a thickness of less than 200 nm. 제1항 내지 제3항 또는 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 하전 입자 빔을 상기 기판 쪽으로 향하게 하여 상기 보호 층을 통과하며 밀링하여 상기 보호 층 아래의 상기 관심 영역을 노출시키는 단계가 주사 전자 현미경 상에서의 관측을 위한 상기 피가공물 일부의 횡단면을 제조하는 단계를 포함하는 것인 방법.10. A method according to any one of claims 1 to 3 or 7 to 9, wherein the charged particle beam is directed toward the substrate and passes through the protective layer and milled to expose the region of interest below the protective layer Wherein the step comprises fabricating a cross-section of the workpiece portion for observation on a scanning electron microscope. 이온 빔 공급원을 포함하는 이온 빔 시스템;
이온 빔을 기판 상에 집속시키기 위한 이온 광학 칼럼;
전구체 가스를 피가공물 표면에 제공하기 위한 가스 공급원;
집속 이온 빔 시스템을 저장된 지시사항에 따라 제어하기 위한 프로세서; 및
제1항 내지 제3항 또는 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 지시사항을 저장하는 컴퓨터-판독가능한 메모리
를 포함하는, 피가공물을 분석하기 위한 집속 이온 빔 시스템.
An ion beam system including an ion beam source;
An ion optical column for focusing the ion beam onto the substrate;
A gas source for providing a precursor gas to the surface of the workpiece;
A processor for controlling the focused ion beam system according to stored instructions; And
A computer-readable storage medium storing computer instructions for performing the method according to any one of claims 1 to 3 or 9 to 9.
Wherein the system is adapted to analyze a workpiece.
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